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【論文精選】基于攝影測量技術(shù)地下燃?xì)夤艿揽⒐?shù)據(jù)記錄

時間：2022-03-23 來源： 瀏覽：

【論文精選】基于攝影測量技術(shù)地下燃?xì)夤艿揽⒐?shù)據(jù)記錄

原創(chuàng) 陳國華 煤氣與熱力雜志
煤氣與熱力雜志

GAS-HEAT1978

《煤氣與熱力》始于1978年，創(chuàng)刊于1981年，中國核心期刊，中國土木工程學(xué)會燃?xì)夥謺?。篩選燃?xì)夤嵝袠I(yè)最有價值的技術(shù)信息，新聞分類整理、政策標(biāo)準(zhǔn)、熱點討論、投稿查詢、論文檢索、寫作指導(dǎo)、編委風(fēng)采、精品會議……

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作 者： 陳國華

第一作者單位：香港中華煤氣有限公司

摘自《煤氣與熱力》2022年3月刊

參考文獻(xiàn)示例

陳國華 .   基于攝影測量技術(shù)地下燃?xì)夤艿揽⒐?shù)據(jù)記錄 ［J］.    煤氣與熱力， 2022，42（3） ：B04-B06.

相關(guān)推廣

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智慧燃?xì)?/span>

1    概述
 
攝影測量的主要特征是在不接觸物體本身的情況下測量和分析相片。只要將物體拍攝為圖像，應(yīng)用該技術(shù)就可以獲得該物體的三維形狀。這些靈活性，除了用于地形測繪外，還可用于工業(yè)、建筑、生物、醫(yī)學(xué)、考古等方面。在許多國家，已有采礦企業(yè)使用航拍無人機(jī)，利用機(jī)載相機(jī)在高空往復(fù)拍攝地面，之后使用這些相片制作一個地面的三維（ 3D ）模型，并以該 3D 模型分析地面設(shè)施的狀況 ［ 1 ］ 。
 
香港中華煤氣有限公司率先運(yùn)用攝影測量技術(shù)記錄竣工數(shù)據(jù)，將埋于地下的燃?xì)夤芫W(wǎng)以 3D 面貌重現(xiàn)眼前，提高管網(wǎng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。并與現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)平臺整合，促進(jìn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的可用性，從而提升管網(wǎng)運(yùn)作效率及安全。
 
2    攝影測量原理
 
雙目立體視覺是機(jī)器視覺的一種重要形式，它是一種基于視差原理從多幅圖像中獲取物體三維幾何信息的方法。攝影測量就是采用這種方法。雙目立體視覺系統(tǒng)一般通過左右攝像頭從不同角度獲取被測物體的數(shù)字圖像，或者單個攝像頭在不同時間從不同角度獲取被測物體的數(shù)字圖像，根據(jù)視差信息原理重建物體的 3D 輪廓和位置，即從不同角度采集同一物體的圖像，確定物體同一點在不同圖像平面上的相互匹配關(guān)系，得到物體空間點的三維坐標(biāo)。
 
3    應(yīng)用背景
 
香港中華煤氣有限公司（以下簡稱公司）擁有的地下輸配管網(wǎng)分布在香港島、九龍、新界及離島各地，各地每天有著大大小小地下管道的改造或建造工程。有時管網(wǎng)在施工期間受環(huán)境影響與設(shè)計情況有所偏差，因此設(shè)計數(shù)據(jù)不能精準(zhǔn)反映真實情況。由于大部分管網(wǎng)埋于地下，為隱蔽工程，因此采集的竣工數(shù)據(jù)的質(zhì)量對日后管網(wǎng)的描述起了關(guān)鍵作用。采集數(shù)據(jù)可分為管網(wǎng)建設(shè)數(shù)據(jù)及地理位置數(shù)據(jù)。管網(wǎng)建設(shè)數(shù)據(jù)包括管道規(guī)格、長度、材質(zhì)、配件種類及編號等；地理位置數(shù)據(jù)包括管與管及配件連接的相對位置，以及在地圖中的位置等。
 
在竣工期間，施工人員采集管網(wǎng)建設(shè)資料大都采用人工抄寫，難免存在人為錯誤而難于識別，如存在管道位置記錄錯誤，會造成管道定位不準(zhǔn)確，管道可能會在后期被第三方損壞。
 
香港特區(qū)政府早在 20 世紀(jì) 90 年代初已把地圖數(shù)碼化，提供較高精度的 1 ∶ 1 000 的地形圖，包含一些帶固定坐標(biāo)位置的設(shè)施，如路燈、行人路、消防栓等。因此配氣管網(wǎng)多年來通過測量竣工管道與這些設(shè)施的相對距離，來繪制管道地圖。
 
提交了竣工資料后，繪圖人員會根據(jù)竣工圖內(nèi)尺寸，結(jié)合現(xiàn)有政府批準(zhǔn)的地形圖審批管道位置，輸入 地理信息系統(tǒng)（ GIS ） 。公司的 GIS 建在 20 世紀(jì) 90 年代初，采用政府編制的數(shù)碼地形圖搭建自身的燃?xì)庠O(shè)施而成，擁有整個地下燃?xì)夤芫W(wǎng)位置數(shù)據(jù)，是一個 2.5 維空間（ 2.5D ）的地理信息系統(tǒng)，供管網(wǎng)操作及發(fā)展部人員使用。 2.5D 是指管道的每點都擁有 x 、 y 坐標(biāo)，只間歇性記錄某些特別位置的 z 坐標(biāo)。
 
4    技術(shù)方案
①制作 3D 管道模型
 
管道回填之前，使用攝影測量技術(shù)拍攝地下燃?xì)夤芫W(wǎng)，可以減少人工抄寫記錄和測量的工作量，降低人為造成的數(shù)據(jù)錯漏率。拍攝完成后，通過網(wǎng)絡(luò)將竣工相片上傳至公司云服務(wù)器中。運(yùn)用計算機(jī)攝影測量軟件重建三維管網(wǎng)模型。如此將埋于地下的燃?xì)夤芫W(wǎng)面貌重現(xiàn)眼前，并可供度量，提升了采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，節(jié)省了時間。
 
智能手機(jī)的相機(jī)功能不斷進(jìn)步，可與入門級的數(shù)碼相機(jī)媲美。此外，智能手機(jī)能支持移動應(yīng)用程序（ App ） ，大大提高了它的使用率和普遍性，而且攜帶方便，可隨時隨地供攝影測量使用。因此，使用手機(jī)拍攝相片產(chǎn)生 3D 模型方便可行。
 
攝影測量對相片有一定要求，需要相片拍攝清晰，而且物體的每部分都要在多張相片中出現(xiàn)，或理解為前后相片要求有約 80% 影像重疊，如拍攝相片重疊率不足則不能制作 3D 管道模型。
 
②在地圖上確定位置
 
管道定位見圖 1 。首先在管溝邊緣放置自制標(biāo)記牌，標(biāo)記牌上標(biāo)記 A 、 B 、 C 和 D ，作為地面控制點（ Ground Control Point ，簡稱 GCP ）。然后在地圖中選擇一個固定物 R 1 （可以是燈柱、樓角、消火栓、路角等），從管溝起始位置開始，尋找路沿石并放置自制標(biāo)記牌 L 1 和 L 2 。最后測量各標(biāo)記牌與固定物之間的相對距離并記錄。繪圖人員根據(jù)這些記錄，在地圖上確定出 A 、 B 、 C 和 D 的坐標(biāo)。由于標(biāo)記牌、管溝和管道相連出現(xiàn)在 3D 模型中，標(biāo)記牌內(nèi)的坐標(biāo)便能帶入管道。注意拍攝的同時需要把 GCP 標(biāo)記牌拍下來，這樣模型制作后，這些標(biāo)記牌、管溝及溝內(nèi)管道相連一體成為 3D 模型。
 
圖 1    管道定位
 
③將模型加載到公司 GIS 內(nèi)作管網(wǎng)更新
 
在計算機(jī)攝影測量軟件內(nèi)，錄入計算出的 A 、 B 、 C 和 D 點坐標(biāo)，產(chǎn)生帶坐標(biāo)的三維模型。然后運(yùn)用計算機(jī)攝影測量提供的功能把 3D 模型作垂直正向投影，得出俯瞰影像，輸出航拍相片。一般的 GIS 有著加載圖層功能，把輸出的航拍相片以圖層載入并重疊在地圖上作為參考背景，然后錄入新的管道。
 
5    實施方案  
5.1   事前裝備
 
①準(zhǔn)備 800 × 10 4  像素的相機(jī)裝置（例如數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)或平板計算機(jī)）。
 
②準(zhǔn)備印有 A 、 B 、 C 和 D 記號的膠墊，作為地面控制點。
 
③將管道敷設(shè)在管溝內(nèi)（不回填）。
 
④打印并攜帶 1 ∶ 1 000 地形圖，范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管溝，目的是日后能找到管溝的位置坐標(biāo)。
 
5.2   拍攝 3 步曲
 
①拍攝前準(zhǔn)備
 
a. 清空范圍
 
清空拍攝范圍內(nèi)的雜物，避免阻礙拍攝移動及意外發(fā)生。確保拍攝時沒有任何障礙物遮擋鏡頭，包括管溝內(nèi)的工作人員、帆布等。在管道長度方向，管道起點和終點分別向兩端 1 m 范圍內(nèi)要清空；在管道寬度方向，兩側(cè)管溝邊緣向外 1 m 范圍內(nèi)也要清空。
 
b. 放置地面控制點膠墊
 
在管溝邊緣放置 A 、 B 、 C 及 D 記號的膠墊。
 
c. 拍攝附近環(huán)境相片
 
從不同角度拍攝 4 ～ 5 張管溝和附近地貌的相片，供確定大概的位置參考。
 
②正式拍攝
 
如情況許可，一段管道需要左右兩邊進(jìn)行拍攝，見圖 2 。站立在管溝外 1 m 遠(yuǎn)距離，盡量提高相機(jī)至肩膀，拍攝方向應(yīng)和管道方向成直角。依次拍下靠近自己的管溝邊、管道、對面管溝邊（見圖 3 ）共 3 張。然后沿管道拍攝路徑向前移動 0 . 5 m ，重復(fù)上述步驟直至所攝終點。
 
圖 2    管道拍攝路徑
 
圖 3    管溝范圍
 
③上傳資料
 
完成上述拍攝后，即日上傳至公司云服務(wù)器中。
 
6    實施效果
 
在試運(yùn)行期間，施工人員減少了需要在工地抄寫竣工記錄及測量的工作量，并明顯改進(jìn)了竣工數(shù)據(jù)提交的情況。所提交的相片中，只有少部分因影像重疊率不足，不能制成 3D 模型。這除了需要拍攝人員多加注意外，還可利用現(xiàn)今圖像識別技術(shù)，現(xiàn)場實時檢查相片的影像重疊率是否足夠。如發(fā)現(xiàn)重疊率不足的情況，應(yīng)立刻補(bǔ)拍。
參考文獻(xiàn)：
［ 1 ］ CRNOGORAC L ，  GOJKOVIC Z ， MILUTINOVI ?  A ， et al. 3D modeling of terrain and spatial visualization of underground facilities at the ′ Crveni Breg ′  mine ［ EB/OL ］ .  ［ 2020-07-06 ］ . https ： //www.researchgate.net/publication/330520264_3D_modeling_of_terrain_and_spatial_visualization_of_underground_facilities_at_the_ ′ Crveni_Breg’_mine.
 
（本文責(zé)任編輯：林國真）

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