摘要：本研究采用多種型號旋翼無人機及掛載，主要運用傾斜攝影、貼近攝影等方法獲取地勢險峻區域鐵路特大橋周邊環境和橋梁主體的高分辨率多角度影像，基于影像利用實景建模系統和云服務器實地實時的進行高精度實景三維模型生產，利用此類模型成果對特大橋的日常維護檢查提供有效的數據支撐，彌補現有手段的不足，提高檢查效率，減少人員風險。本文以云貴鐵路南盤江特大橋為例，對上述技術方法進行探討研究，對現有的不足和未來可能的發展進行相關的討論。
關鍵詞：無人機；云計算；實景建模系統；傾斜攝影測量；貼近攝影測量；三維實景模型；特大橋檢測
1 項目背景
1.1 項目(mu)介(jie)紹
云貴鐵路(lu)南(nan)盤江特(te)(te)大(da)(da)橋(qiao)位(wei)于云南(nan)省(sheng)紅河(he)州彌勒市與文山(shan)州丘北(bei)縣交界(jie)處，橫跨(kua)南(nan)盤江，中心里程(cheng)(cheng)K584+437，起(qi)止里程(cheng)(cheng)K584+011～K584+863，全(quan)長(chang)852.43m，主橋(qiao)采用1×416m上(shang)承式鋼筋(jin)混凝土(tu)(tu)拱(gong)橋(qiao)，引橋(qiao)及拱(gong)上(shang)孔跨(kua)布置為3-42m連(lian)(lian)續(xu)梁(liang)+(60.9+104+60.9)m連(lian)(lian)續(xu)剛構+2聯(lian)4-39.5m連(lian)(lian)續(xu)梁(liang)+2-60mT構+1-43m簡支(zhi)梁(liang)。主橋(qiao)跨(kua)度(du)達416米，橋(qiao)面凌空高出江面270米，是當年(nian)全(quan)球跨(kua)度(du)最大(da)(da)的客貨共用鐵路(lu)上(shang)承式混凝土(tu)(tu)拱(gong)橋(qiao)，大(da)(da)橋(qiao)集大(da)(da)體(ti)積混凝土(tu)(tu)、高墩、連(lian)(lian)續(xu)鋼構、斜拉橋(qiao)、懸索橋(qiao)、拱(gong)橋(qiao)、混凝土(tu)(tu)外包工藝與技術于一身，技術含量高，施工難度(du)大(da)(da)，歷經5年(nian)半(ban)的建設，于2016年(nian)1月16日(ri)實(shi)現全(quan)橋(qiao)合龍(long)。2020年(nian)9月22日(ri)，南(nan)盤江特(te)(te)大(da)(da)橋(qiao)獲得(de)第17屆(jie)中國土(tu)(tu)木工程(cheng)(cheng)詹天(tian)佑獎。
該特大橋(qiao)是目前世(shi)界首(shou)座艱險山(shan)區地(di)形地(di)質極其復雜(za)、工(gong)(gong)(gong)程(cheng)極其艱巨的高(gao)標(biao)準干線鐵(tie)路(lu)(lu)拱橋(qiao)。橋(qiao)型(xing)結構復雜(za)、施(shi)工(gong)(gong)(gong)技術(shu)(shu)難(nan)度高(gao)，是重(zhong)難(nan)點控制性工(gong)(gong)(gong)程(cheng)，工(gong)(gong)(gong)程(cheng)先后攻克艱險山(shan)區綜合(he)選線難(nan)度大，線路(lu)(lu)平順性要(yao)求(qiu)高(gao)，結構構造(zao)及地(di)質情況復雜(za)，施(shi)工(gong)(gong)(gong)技術(shu)(shu)難(nan)度大，環(huan)境保護(hu)和水土保持要(yao)求(qiu)高(gao)等一(yi)系(xi)列世(shi)界級關鍵技術(shu)(shu)難(nan)題(ti)，實現了成(cheng)套技術(shu)(shu)創新。
1.2存在問(wen)題(ti)
1.2.1 普(pu)遍(bian)問(wen)題
據不(bu)完全(quan)統計(ji)，自2007年至(zhi)2018年間，國內共有(you)(you)42座(zuo)橋(qiao)梁(liang)垮(kua)塌，其(qi)中近六成的(de)橋(qiao)梁(liang)建設(she)時(shi)(shi)間在(zai)(zai)1994年之(zhi)后，橋(qiao)齡不(bu)足30年。究其(qi)原因，絕大多數是(shi)由于(yu)橋(qiao)梁(liang)病(bing)害沒有(you)(you)及時(shi)(shi)發(fa)現(xian)及時(shi)(shi)養護。管養部門(men)通常定期對(dui)(dui)橋(qiao)梁(liang)進行(xing)檢查(cha)，多采用(yong)傳統檢測(ce)(ce)(ce)(ce)手(shou)段，依靠肉眼或者(zhe)輔助工(gong)具（如橋(qiao)梁(liang)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)車(che)或望遠鏡等(deng)(deng)）來檢測(ce)(ce)(ce)(ce)橋(qiao)梁(liang)主要構件是(shi)否出(chu)現(xian)裂(lie)縫、開裂(lie)破損、露(lu)筋銹蝕、支座(zuo)脫空等(deng)(deng)病(bing)害。對(dui)(dui)于(yu)特殊結構橋(qiao)梁(liang)（如斜(xie)拉(la)橋(qiao)、懸索(suo)橋(qiao)、鋼管混凝土拱橋(qiao)等(deng)(deng)）或者(zhe)大跨高墩橋(qiao)梁(liang)，梁(liang)底板、塔柱、索(suo)纜(lan)、斜(xie)拉(la)索(suo)、塔頂避雷針等(deng)(deng)可及范圍以外，常規檢測(ce)(ce)(ce)(ce)手(shou)段和方法存在(zai)(zai)操作難度大，存在(zai)(zai)檢查(cha)盲區等(deng)(deng)局限性。對(dui)(dui)于(yu)此類局部盲區常采取人工(gong)現(xian)場察看(kan)進行(xing)檢查(cha)，但也存在(zai)(zai)效率較(jiao)低、技術難度大、危(wei)險系數較(jiao)高等(deng)(deng)問題。因此，各地交科(ke)院與眾(zhong)多檢測(ce)(ce)(ce)(ce)公司都在(zai)(zai)尋求一種(zhong)即可完成精確的(de)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)，同時(shi)(shi)具有(you)(you)更安全(quan)更高效特點的(de)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)方法。
1.2.2云貴(gui)鐵(tie)路南盤(pan)江特大(da)橋存(cun)在問題：
a.該(gai)大橋橋面(mian)兩側導風(feng)板防護漆脫落，導風(feng)板螺栓部分(fen)銹蝕、無平(ping)墊片、無彈簧(huang)墊圈(quan)，橋墩漏筋(jin)3處等設備問題日常維護開(kai)展困難。
b.橋梁檢(jian)查作(zuo)業小車長時間(jian)風吹、空氣(qi)濕度大容(rong)易(yi)銹蝕損壞(huai)，影響勞動(dong)安(an)全。
c.晝間在(zai)(zai)該橋(qiao)拱圈上部檢查(cha)需步行3.5小(xiao)(xiao)時才可完成、用(yong)時長，而拱圈下部檢查(cha)使用(yong)小(xiao)(xiao)車，存(cun)在(zai)(zai)江面風(feng)(feng)大(da)、人員易墜落等安全風(feng)(feng)險。橋(qiao)面系結構和附屬設施(shi)只能通過(guo)夜(ye)間天窗，進(jin)入封(feng)閉區域，受視線影響，存(cun)在(zai)(zai)夜(ye)間檢查(cha)效果不(bu)佳等問題。
d.既有檢查(cha)手段及方式方法單一、效率(lv)低(di)下(xia)，無全面(mian)完全的高效率(lv)檢查(cha)方式。
2 主要任務
2.1 任務概(gai)述(shu)
我公司接(jie)到任(ren)務后，綜合(he)利用多平臺、多類(lei)型無人機(ji)（飛(fei)馬D2000、TOPCON Falcon8、大(da)疆精靈4RTK等）協同作業，克服(fu)了極端的(de)(de)(de)飛(fei)行作業困難獲(huo)取(qu)到多角度(du)多種(zhong)分辨(bian)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)傾斜和(he)貼近數(shu)字(zi)影(ying)像(xiang)，利用華為云(yun)結合(he)瞰景Smart3D實景三(san)維建(jian)模軟件(jian)在項目現場短時間將多分辨(bian)率(lv)(lv)多角度(du)的(de)(de)(de)數(shu)字(zi)影(ying)像(xiang)融合(he)解算，最終生成了高精度(du)的(de)(de)(de)基礎空間數(shu)據(ju)成果，輔助(zhu)鐵路管理部門(men)進(jin)行南(nan)盤江特大(da)橋的(de)(de)(de)維護(hu)(hu)檢(jian)測工作，為南(nan)盤江特大(da)橋的(de)(de)(de)管理提供有(you)效的(de)(de)(de)數(shu)據(ju)支撐，一定程度(du)上(shang)改變了原有(you)的(de)(de)(de)日常(chang)維護(hu)(hu)手段，提高了日常(chang)檢(jian)查工作效率(lv)(lv)，減少巡檢(jian)人員作業風險。
2.2 外業航攝(she)
2.2.1全域(yu)航攝：對整(zheng)個測區(qu)（與(yu)大(da)橋日常(chang)檢測所(suo)有相關(guan)區(qu)域(yu)）進行分辨率為3cm的(de)傾(qing)斜攝影(ying)測量(liang)所(suo)需影(ying)像采集。
2.2.2橋梁(liang)主(zhu)體航攝：對(dui)橋梁(liang)主(zhu)體及周邊附屬(shu)設施詳細情況進行(xing)分辨率(lv)優于1cm的貼近(jin)攝影測量所需影像采集。
2.2.3 細(xi)節補(bu)拍(pai)：對鐵路管理系(xi)統關注的(de)重(zhong)點(dian)進(jin)行細(xi)節拍(pai)攝(she)，無人機無法進(jin)入的(de)區域人工手持相機進(jin)行補(bu)拍(pai)。
2.3 內業數據處理
2.3.1 數(shu)據整(zheng)(zheng)(zheng)理(li)，本次采用傾斜貼近兩種(zhong)攝影測量方法融合(he)建(jian)模，整(zheng)(zheng)(zheng)個項(xiang)目會(hui)出現從3cm到優于1cm各(ge)種(zhong)分(fen)辨率影像，需(xu)要(yao)先對數(shu)據進行(xing)完(wan)整(zheng)(zheng)(zheng)性檢查(cha)，然(ran)后分(fen)類整(zheng)(zheng)(zheng)理(li)。
2.3.2 將2.3.1整理好的數據(ju)上(shang)傳至(zhi)華為云OBS桶內，根據(ju)采集(ji)數據(ju)量在云端搭(da)建對應需求的存儲機(ji)、空三(san)機(ji)、建模機(ji)，申請(qing)Smart3D實景(jing)建模系統鏡像服(fu)務(wu)。
2.3.3 對2.3.1分類(lei)數據分別進行(xing)空(kong)三(san)(san)結算，待空(kong)三(san)(san)計算完(wan)成后將空(kong)三(san)(san)成果(guo)融合進行(xing)模(mo)型生(sheng)產。
3 項目(mu)特點
3.1 飛(fei)行條件困(kun)難
項(xiang)目進行時云(yun)南省(sheng)紅河哈尼族彝(yi)族自治州開遠市(shi)正值秋季(ji)，當地雨量充(chong)沛航飛天(tian)氣窗(chuang)口較少；全(quan)域(yu)航攝部分高差較大，無人(ren)機需(xu)要變高飛行，加之大橋橫在整(zheng)個測區中間(jian)位置(zhi)，需(xu)結合高精度DSM進行精準變高；橋梁主體(ti)航攝和細節補拍需(xu)貼近攝影(ying)，無人(ren)機操控手需(xu)要較好的操控位置(zhi)，雨后的測區泥濘濕滑，尋找操控場地困(kun)難且危險。南盤江特大橋位于兩山之中，山間(jian)亂流(liu)嚴重，平均風(feng)力(li)均在三級以上，對于無人(ren)機飛行安全(quan)造成很大影(ying)響。
3.2 無人機(ji)多樣性
本次項目采用三(san)種(zhong)無(wu)人機型(xing)(xing)號(hao)，全域航(hang)攝、橋梁主(zhu)體航(hang)攝、細節補拍三(san)種(zhong)外(wai)業(ye)航(hang)攝任務分別(bie)對應(ying)機型(xing)(xing)為飛馬D2000+DOP3000，大(da)疆精靈4RTK，TOPCON Falcon8三(san)種(zhong)機型(xing)(xing)。三(san)種(zhong)機型(xing)(xing)各有特點：
3.2.1飛馬D2000續航時間長可以搭載五相機單(dan)架次(ci)續航50分鐘，具備精(jing)準變(bian)高(gao)的能力，非常適合進(jin)行大(da)范圍(wei)大(da)高(gao)差(cha)的測區，內置的RTK和(he)PPK也(ye)可以在免像控的情況下做(zuo)到高(gao)精(jing)度；
3.2.2大(da)疆精靈4RTK機(ji)動靈活，易于操控，搭載(zai)的三軸云臺非常適(shi)(shi)合進行橋梁主體的貼近拍(pai)攝，該機(ji)型投入成本較低(di)，性(xing)能穩定(ding)非常適(shi)(shi)合在這種高風險的擾流(liu)區域拍(pai)攝。
3.2.3 TOPCON Falcon8無人機(ji)搭(da)載(zai)有索尼Alpha 7型相機(ji)是一款超輕量(liang)型八旋翼飛機(ji)，其(qi)V形機(ji)型設(she)計確保其(qi)搭(da)載(zai)的相機(ji)可以實(shi)現垂直方向(xiang)180°旋轉，得(de)以實(shi)現無遮擋正對橋梁底部拍攝。
三(san)種機型各有(you)特點，各司(si)其(qi)職，揚(yang)長避短實現(xian)了(le)該(gai)項目(mu)多層次的航攝要(yao)求。
4 外(wai)業航攝作業流程
4.1全域航(hang)攝
4.1.1全域(yu)航攝測(ce)區(qu)范圍：如圖(tu)1所示(shi)，從大橋(qiao)隧道入口向(xiang)開放橋(qiao)體方向(xiang)的(de)帶狀測(ce)區(qu)長2.6km，寬為大橋(qiao)中線兩(liang)側(ce)各(ge)300m。
圖1 全域(yu)航攝范圍
圖(tu)2 全域航攝面積
4.1.2 設備(bei)型號：飛行平臺：飛馬D2000，五相(xiang)機(ji)：D-OP3000
4.1.3 航(hang)(hang)(hang)攝參(can)數：比例尺1：500，地面分辨率(lv)：3cm，航(hang)(hang)(hang)線重疊(die)率(lv)：80%，旁(pang)向重疊(die)率(lv)：65%，相對航(hang)(hang)(hang)高(gao)：191m，測區平均海(hai)拔：1206m，航(hang)(hang)(hang)向外(wai)(wai)擴216m，旁(pang)向外(wai)(wai)擴4條航(hang)(hang)(hang)線，測區最(zui)高(gao)點(dian)海(hai)拔：1490m，測區最(zui)低點(dian)海(hai)拔：987m，航(hang)(hang)(hang)線間距：63m，拍照間距：24m，測區面積：1.58km ，測區高(gao)差(cha)503m。
4.1.4 全域航(hang)(hang)(hang)(hang)線(xian)設(she)計：如(ru)圖3所示，由于(yu)(yu)測(ce)區(qu)高(gao)差較大航(hang)(hang)(hang)(hang)線(xian)采用(yong)變(bian)高(gao)航(hang)(hang)(hang)(hang)線(xian)，依(yi)據現場(chang)地(di)形防地(di)飛行，始終保(bao)持相對地(di)面(mian)航(hang)(hang)(hang)(hang)高(gao)為191m，地(di)面(mian)分辨(bian)率(lv)3cm。如(ru)果(guo)不利用(yong)變(bian)高(gao)航(hang)(hang)(hang)(hang)線(xian)，該測(ce)區(qu)利用(yong)主流半畫(hua)幅五相機等(deng)高(gao)航(hang)(hang)(hang)(hang)線(xian)，最佳只能獲取(qu)到15cm左右的(de)分辨(bian)率(lv)影像，由于(yu)(yu)飛馬無人機管家內置(zhi)(zhi)了全球DEM模型，直接利用(yong)其內置(zhi)(zhi)的(de)30m分辨(bian)率(lv)的(de)DEM生成變(bian)高(gao)航(hang)(hang)(hang)(hang)線(xian)。
圖(tu)3 全域航線(xian)設(she)計
4.1.5 難點：內置的(de)DEM無法識別橫跨南盤江(jiang)上凌空高出(chu)江(jiang)面270米的(de)大橋，原(yuan)來計(ji)劃制作粗模后(hou)設計(ji)更復雜的(de)變(bian)高航(hang)線，但是現(xian)場天氣窗口較(jiao)少，為(wei)了趕進度，我(wo)們直接利用的(de)飛(fei)馬自動生成的(de)變(bian)高航(hang)線，由(you)于飛(fei)機(ji)配備毫米波雷達避(bi)障，就(jiu)讓飛(fei)機(ji)飛(fei)行(xing)中遇到橋體阻擋后(hou)自動返航(hang)，調整(zheng)航(hang)線跳過(guo)橋體繼續作業，較(jiao)短(duan)時(shi)間完成了全域的(de)3cm分辨率的(de)原(yuan)始影(ying)像獲(huo)取。
4.2橋梁主(zhu)體航攝及細節補拍
4.2.1 橋(qiao)梁主體(ti)飛(fei)行環境(jing)：如圖4所示，南(nan)盤(pan)江特(te)(te)大(da)(da)橋(qiao)位(wei)于兩山(shan)之間(jian)，山(shan)與山(shan)之間(jian)亂流嚴(yan)重(zhong)，平均風(feng)力均在三級以上。南(nan)盤(pan)江特(te)(te)大(da)(da)橋(qiao)全長852.43米，橋(qiao)體(ti)兩側，橋(qiao)墩,橋(qiao)體(ti)兩端,拱面與山(shan)體(ti)銜接處均為較難獲取精細紋(wen)理(li)區域，貼近攝影(ying)時火車(che)通過有(you)安全隱患(huan)，結合鐵路部門現(xian)場負責人報備確認后方可開始執行飛(fei)行作業。
圖(tu)4 橋(qiao)梁主體情況(kuang)
4.2.2 設備型號(hao)：飛行(xing)器一：大(da)疆精(jing)靈4RTK，飛行(xing)器二：TOPCON Falcon8
圖5 TOPCON Falcon8 無(wu)人機貼近(jin)攝影
4.2.3 飛(fei)(fei)行過(guo)程：橋(qiao)(qiao)(qiao)梁主體(ti)(ti)航攝及細節補拍均采(cai)用手動超(chao)視(shi)(shi)(shi)距(ju)操作飛(fei)(fei)行。橋(qiao)(qiao)(qiao)體(ti)(ti)兩(liang)側影像紋(wen)理采(cai)集：橋(qiao)(qiao)(qiao)體(ti)(ti)兩(liang)側采(cai)集時(shi)(shi)飛(fei)(fei)手位于(yu)大(da)橋(qiao)(qiao)(qiao)下方空場(chang)安全區域起飛(fei)(fei)，橋(qiao)(qiao)(qiao)體(ti)(ti)下方也可更加快速直觀(guan)了解無人機超(chao)視(shi)(shi)(shi)距(ju)和超(chao)遠可視(shi)(shi)(shi)距(ju)相互結合把(ba)控飛(fei)(fei)行，同時(shi)(shi)橋(qiao)(qiao)(qiao)體(ti)(ti)下方飛(fei)(fei)行有助于(yu)信號傳播且(qie)飛(fei)(fei)手第一時(shi)(shi)間了解橋(qiao)(qiao)(qiao)體(ti)(ti)下方現場(chang)環境，有益(yi)于(yu)及時(shi)(shi)把(ba)控現場(chang)突發情況。
圖6 飛(fei)手現場(chang)手控操作
橋(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)墩(dun)(dun)(dun)影像紋理采(cai)集：橋(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)墩(dun)(dun)(dun)飛(fei)(fei)行(xing)(xing)時(shi)飛(fei)(fei)手(shou)(shou)位于大橋(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)兩(liang)端(duan)處與橋(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)面(mian)保(bao)持平(ping)行(xing)(xing)，對(dui)于長體(ti)橋(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)墩(dun)(dun)(dun)進(jin)行(xing)(xing)環繞(rao)(rao)手(shou)(shou)動飛(fei)(fei)行(xing)(xing)。環繞(rao)(rao)手(shou)(shou)動飛(fei)(fei)行(xing)(xing)盡量在(zai)視距(ju)內完成，因(yin)為無(wu)人機飛(fei)(fei)行(xing)(xing)過程中避(bi)障為關閉狀態，環繞(rao)(rao)飛(fei)(fei)行(xing)(xing)時(shi)鏡頭(tou)始終面(mian)向橋(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)墩(dun)(dun)(dun)進(jin)行(xing)(xing)單體(ti)等距(ju)環繞(rao)(rao)。因(yin)超視距(ju)飛(fei)(fei)行(xing)(xing)不利于把控橋(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)墩(dun)(dun)(dun)之間的墩(dun)(dun)(dun)距(ju)，可能會造成安全事故，同時(shi)可以直(zhi)觀把握環繞(rao)(rao)距(ju)離以達到最(zui)佳拍(pai)攝(she)距(ju)離，保(bao)障橋(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)(qiao)墩(dun)(dun)(dun)各部位細(xi)節采(cai)集。
橋體(ti)(ti)兩端影像紋(wen)理采(cai)集：橋體(ti)(ti)兩端一側為(wei)隧道(dao)入(ru)口(kou)，另一側為(wei)開(kai)放(fang)(fang)式(shi)橋體(ti)(ti)。開(kai)放(fang)(fang)式(shi)橋體(ti)(ti)紋(wen)理采(cai)集數量(liang)(liang)多(duo)余(yu)隧道(dao)口(kou)紋(wen)理采(cai)集，因為(wei)開(kai)放(fang)(fang)式(shi)橋體(ti)(ti)地面(mian)外物更(geng)加豐富（如房屋,墻體(ti)(ti),防滑坡面(mian)等(deng)）。大橋拱(gong)體(ti)(ti)與山體(ti)(ti)銜接處都需(xu)進行(xing)特(te)定(ding)紋(wen)理采(cai)集，因銜接處地形(xing)地貌(mao)(mao)復(fu)雜(za)，飛(fei)(fei)(fei)行(xing)時(shi)(shi)需(xu)格(ge)外謹慎，超視(shi)距復(fu)雜(za)地貌(mao)(mao)作業應提前把(ba)握(wo)舵量(liang)(liang)，仔細觀(guan)察機(ji)身附近(jin)現場環境隨(sui)時(shi)(shi)應對(dui)特(te)殊情(qing)況。隧道(dao)口(kou)為(wei)復(fu)雜(za)多(duo)變現場，外部干擾因素量(liang)(liang)大，飛(fei)(fei)(fei)行(xing)時(shi)(shi)飛(fei)(fei)(fei)手位于隧道(dao)口(kou)附近(jin)凈空安(an)全(quan)區域，隧道(dao)口(kou)作業時(shi)(shi)，高鐵高速通過隧道(dao)口(kou)時(shi)(shi)容(rong)易導致無人機(ji)穩量(liang)(liang)失速造(zao)成安(an)全(quan)事故(gu)，無人機(ji)均遠離(li)隧道(dao)口(kou)但同時(shi)(shi)要(yao)保證紋(wen)理不丟失。飛(fei)(fei)(fei)手要(yao)嚴格(ge)把(ba)控無人機(ji)外部矢量(liang)(liang)提前預判(pan)。
5 內業數據處理流程
本部分內容是已有華為(wei)云賬號的前提下：
圖7 華為(wei)云(yun)三維模型數(shu)據處理架構(gou)
5.1 數據整(zheng)理上傳
5.1.1 數據整理：將三架不同型號飛(fei)機的數據整理分類，所(suo)有(you)POS名稱(cheng)與影像(xiang)名稱(cheng)一(yi)致且一(yi)一(yi)對應。
5.1.2 數據上傳(chuan)：下載華為(wei)云OBS Browser+ ，創建(jian)桶(tong)登錄browser+界面后，點擊創建(jian)桶(tong)，創建(jian)對應區域的(de)桶(tong)，上傳(chuan)數據到(dao)OBS中。
圖8 華(hua)為云OBS Brower+登錄界面
5.2、創(chuang)建云環境
5.2.1 創建(jian)軟(ruan)件(jian)鏡(jing)像：通(tong)過華為云賬號申請瞰(kan)景Smart3D私有鏡(jing)像，共享鏡(jing)像后需要接受(shou)鏡(jing)像后方可(ke)使用。
圖9 華為云鏡像(xiang)服務
5.2.2 創(chuang)建(jian)云主機(ji)：登(deng)錄華(hua)為云控制(zhi)臺(tai)：//console.huaweicloud.com，彈(dan)性云服務(wu)器 ECS，跳轉至彈(dan)性云服務(wu)器頁面以(yi)創(chuang)建(jian)主機(ji)。存(cun)儲(chu)機(ji)選(xuan)擇(ze)(ze)m6.4xlarge.8 空三機(ji)ir3.xlarge.4，建(jian)模機(ji)g5r.4xlarge.2。鏡像選(xuan)擇(ze)(ze)之前(qian)準(zhun)備的瞰景鏡像，系(xi)統盤(pan)選(xuan)擇(ze)(ze)超(chao)高(gao)IO，增加兩塊(kuai)(kuai)數據盤(pan)，一塊(kuai)(kuai)用于(yu)存(cun)儲(chu)源數據，一塊(kuai)(kuai)用于(yu)存(cun)儲(chu)工程，大小(xiao)至少是源數據盤(pan)的5倍，EIP 選(xuan)擇(ze)(ze)按流量計費，其他都默認。
圖10 華(hua)為云創建云主(zhu)機
5.2.3 設置數(shu)據盤(pan)(pan)：登錄(lu)云服務器，進入服務器管理(li)器，在“初(chu)(chu)始(shi)化(hua)(hua)磁盤(pan)(pan)”對話框中(zhong)顯示需要(yao)初(chu)(chu)始(shi)化(hua)(hua)的磁盤(pan)(pan)，本次選擇“GPT（GUID 分區表(biao)）”。
*注意MBR支(zhi)持的磁盤最大(da)容(rong)(rong)量(liang)為(wei)(wei) 2 TB，GPT 最大(da)支(zhi)持的磁盤容(rong)(rong)量(liang)為(wei)(wei) 18 TB，當前華為(wei)(wei)云數據盤支(zhi)持的最大(da)容(rong)(rong)量(liang)為(wei)(wei) 32 TB。
圖(tu)11
新(xin)建簡單卷(juan)，指定卷(juan)大(da)小(xiao)，系統默認卷(juan)大(da)小(xiao)為最(zui)大(da)值，可以(yi)根據實際需求(qiu)指定卷(juan)大(da)小(xiao)，此(ci)處保持系統默認配置。
圖(tu)12
格(ge)式化分區，系(xi)統(tong)(tong)(tong)默(mo)認的文(wen)件系(xi)統(tong)(tong)(tong)為(wei) NTFS，并(bing)根據實際情況(kuang)設(she)(she)置其他參數，此處保持系(xi)統(tong)(tong)(tong)默(mo)認設(she)(she)置，完成(cheng)新建卷(juan)，需要等待片刻讓系(xi)統(tong)(tong)(tong)完成(cheng)初始化操作，當卷(juan)狀(zhuang)(zhuang)態為(wei)“狀(zhuang)(zhuang)態良好”時，表示初始化磁盤成(cheng)功。
圖13
初始化(hua)成功后(hou)，設(she)置(zhi)(zhi)數據(ju)(ju)盤(pan)(pan)共享(xiang)，當云硬盤(pan)(pan)掛載(zai)到云主(zhu)機(ji)后(hou)，就是以盤(pan)(pan)符顯示(shi)如E盤(pan)(pan)/F盤(pan)(pan)。右鍵盤(pan)(pan)符-共享(xiang)-高級(ji)共享(xiang)-權限-所有權限打鉤-保存。通過(guo)IP其(qi)他云主(zhu)機(ji)就能訪問到該(gai)共享(xiang)盤(pan)(pan)。注意：數據(ju)(ju)盤(pan)(pan)和工程盤(pan)(pan)都需要設(she)置(zhi)(zhi)共享(xiang)。下(xia)載(zai)數據(ju)(ju)到數據(ju)(ju)盤(pan)(pan)中，遠(yuan)程登錄(lu)云主(zhu)機(ji)后(hou)，系統中自帶(dai)OBS Browser+客戶(hu)端，通過(guo)華為云賬號密碼登錄(lu)后(hou)，選擇對應(ying)文件夾數據(ju)(ju)下(xia)載(zai)到數據(ju)(ju)盤(pan)(pan)中。
5.3 空(kong)三建模數據處理(li)
5.3.1 集(ji)群設置：云(yun)作業環境(jing)創建好后，打開”彈性云(yun)服(fu)務器(qi)”，可(ke)(ke)查(cha)看(kan)相應服(fu)務器(qi)公(gong)(gong)網及私網IP地址，復制相應服(fu)務器(qi)公(gong)(gong)網IP，在(zai)(zai)系(xi)統(tong) windows 附件程序下，打開遠程桌(zhuo)面(mian)連接，輸入對應IP和(he)密碼，即(ji)可(ke)(ke)遠程連接云(yun)主機，然后在(zai)(zai)服(fu)務器(qi)安裝相應應用軟件。
圖14
新建工程(cheng)，工程(cheng)路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)以(yi)及(ji)任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)均(jun)要(yao)選擇(ze)網絡路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)下(xia)的(de)(de)(de)(de)共享盤，網絡路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)使用IP地址的(de)(de)(de)(de)方式，也可(ke)以(yi)直接通過映射的(de)(de)(de)(de)方式訪(fang)問共享盤；加載影像和(he)pos的(de)(de)(de)(de)時候，均(jun)要(yao)從(cong)(cong)網絡路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)添加（做完自由網空(kong)三導(dao)入控(kong)制點(dian)的(de)(de)(de)(de)時也要(yao)從(cong)(cong)網絡路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)導(dao)入，該項目無控(kong)制點(dian)無需(xu)添加）；提(ti)交(jiao)(jiao)空(kong)三任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)，打(da)開(kai)從(cong)(cong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)引(yin)(yin)(yin)擎(qing)，在(zai)主(zhu)(zhu)機(ji)(ji)(ji)master工具下(xia)面，打(da)開(kai)引(yin)(yin)(yin)擎(qing)管(guan)理器，引(yin)(yin)(yin)擎(qing)管(guan)理器中(zhong)會將(jiang)(jiang)和(he)主(zhu)(zhu)機(ji)(ji)(ji)在(zai)同一(yi)個局域(yu)網中(zhong)的(de)(de)(de)(de)從(cong)(cong)機(ji)(ji)(ji)打(da)開(kai)的(de)(de)(de)(de)引(yin)(yin)(yin)擎(qing)顯示出來，選中(zhong)引(yin)(yin)(yin)擎(qing)，右(you)擊修改任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)，修改到和(he)master 一(yi)樣的(de)(de)(de)(de)任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)即可(ke)；集群的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)在(zai)于所有(you)的(de)(de)(de)(de)路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)均(jun)要(yao)在(zai)網絡路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)下(xia)，從(cong)(cong)機(ji)(ji)(ji)只需(xu)要(yao)將(jiang)(jiang)引(yin)(yin)(yin)擎(qing)打(da)開(kai)，然(ran)后將(jiang)(jiang)引(yin)(yin)(yin)擎(qing)的(de)(de)(de)(de)任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)改到和(he)主(zhu)(zhu)機(ji)(ji)(ji)master的(de)(de)(de)(de)任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)路(lu)(lu)徑(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)一(yi)致，提(ti)交(jiao)(jiao)任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)后從(cong)(cong)機(ji)(ji)(ji)就會運行主(zhu)(zhu)機(ji)(ji)(ji)提(ti)交(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)。
5.3.2 引擎設置：空(kong)(kong)三(san)云主機：“超高 I/O 型ir3.xlarge.4”主要(yao)用(yong)于空(kong)(kong)三(san)流程中的(de)特(te)征提取和特(te)征匹配的(de)計算；“內(nei)存優化型 m6.4xlarge.8”因內(nei)存為128GB所(suo)以推薦用(yong)于空(kong)(kong)三(san)的(de)平差處(chu)理。
圖15
圖16
由于(yu)選擇的(de)空三(san)云主機(ji)(ji)中(zhong)不帶(dai)GPU，所以無法(fa)在(zai)Smart3D Master的(de)三(san)維(wei)界面下瀏覽空三(san)結果。因此如(ru)果要(yao)在(zai)master中(zhong)可視化分塊、刺點、三(san)維(wei)瀏覽等步驟，就需(xu)要(yao)啟(qi)動一臺帶(dai)GPU的(de)云主機(ji)(ji)。我們選擇一臺建模(mo)主機(ji)(ji)如(ru)“GPU加(jia)速(su)型 g5r.4xlarge.2”。因為g5r的(de)云主機(ji)(ji)的(de)內存(cun)只有32GB所以，在(zai)引擎能(neng)(neng)力設置時需(xu)要(yao)關(guan)閉“圖像相似性計(ji)算”和(he)“光束法(fa)平差”的(de)能(neng)(neng)力。
圖17
5.4 空三建模數據處理
5.4.1 空(kong)三(san)(san)解算：創建工程：新建工程，影(ying)像加載，導入pos文件，提交空(kong)三(san)(san)，由于該項目采用的免像控模(mo)式(shi)，空(kong)三(san)(san)計(ji)算完成后，即可在三(san)(san)維視圖(tu)(tu)下查看空(kong)三(san)(san)運(yun)算成果(guo)。本(ben)次三(san)(san)架飛機拍(pai)(pai)攝的影(ying)像分(fen)(fen)辨率差(cha)距(ju)較大，從全(quan)域航(hang)拍(pai)(pai)的3cm到細(xi)節補拍(pai)(pai)的優于1cm，空(kong)三(san)(san)報告中顯示，補拍(pai)(pai)細(xi)節影(ying)像RMS普遍達到2mm左(zuo)右（圖(tu)(tu)19）。原計(ji)劃采用分(fen)(fen)批處(chu)理(li)再合(he)并出(chu)模(mo)型，與瞰景廠家(jia)技術溝(gou)通(tong)后，廠家(jia)建議(yi)整(zheng)體(ti)處(chu)理(li)，結(jie)果(guo)利用一(yi)臺空(kong)三(san)(san)主機2個小時10分(fen)(fen)鐘左(zuo)右就整(zheng)體(ti)解算通(tong)過，省去(qu)分(fen)(fen)批處(chu)理(li)后再合(he)并的麻煩。
圖(tu)18
圖19 空三界面整體截(jie)圖
圖20 空三界面細節截圖
5.4.2 三維重建：確認空三無誤(wu)，進行三維重建工作，由于模(mo)型輸(shu)出需(xu)大(da)量內(nei)存，需(xu)要(yao)對模(mo)型進行分(fen)(fen)塊處理，使其占用少量內(nei)存。選擇(ze)模(mo)型分(fen)(fen)塊模(mo)式(shi)，確定(ding)分(fen)(fen)塊大(da)小。分(fen)(fen)塊大(da)小由電腦(nao)內(nei)存決定(ding)，本(ben)(ben)次采用的g5r的云主機(ji)的內(nei)存為32GB，為了保證每個分(fen)(fen)塊得(de)以運行，分(fen)(fen)塊所耗內(nei)存應設置在16G以內(nei)。本(ben)(ben)次三維重建，在華為云端(duan)部署了g5r.4xlarge.2(16 核 | 32GB)型服務器30臺，耗時10個小時左右重建完成。
圖(tu)21 g5r.4xlarge.2(16 核 | 32GB)型(xing)服務(wu)器(qi)30臺數據處理界面
圖22 全域(yu)測區模(mo)型截圖
圖23 大橋主體模型截(jie)圖
圖24 大橋(qiao)主(zhu)體(ti)三(san)角網截圖
圖25 大(da)橋橋墩模型截圖
圖26 大(da)橋側面模型細節(jie)截圖
圖(tu)27 大橋側面病害(hai)量測
6 項目總結與討論
6.1作業效率
無(wu)人機及(ji)掛載種類的(de)豐富為完(wan)成(cheng)復(fu)雜(za)場景下的(de)精細化建(jian)模需求提供了(le)外業獲取手段(duan)，云端(duan)高性能GPU集群服務的(de)完(wan)善為海量數據實時實地的(de)處理提供了(le)足夠(gou)的(de)算(suan)力。以本次大橋項(xiang)目為例(li)，三(san)種機型同(tong)時作(zuo)(zuo)(zuo)業，外業有效作(zuo)(zuo)(zuo)業時間5個(ge)(ge)小時左右(you)，數據傳輸(shu)3個(ge)(ge)小時左右(you)，空三(san)耗時2小時左右(you)，三(san)維(wei)重建(jian)耗時10個(ge)(ge)小時左右(you)，整個(ge)(ge)項(xiang)目用時20個(ge)(ge)小時，三(san)維(wei)重建(jian)不需要干預，全部(bu)在夜間完(wan)成(cheng)，成(cheng)果從開始作(zuo)(zuo)(zuo)業的(de)第二天下午就已經交到甲方(fang)手中，這樣的(de)速度以往的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)業手段(duan)是無(wu)法想(xiang)象的(de)。
6.2 成(cheng)果應用(yong)
有了(le)精細化(hua)(hua)的(de)(de)實(shi)景三(san)維模型，管養部(bu)門可以(yi)利用(yong)裂縫提(ti)(ti)取軟件進行(xing)裂縫的(de)(de)自動提(ti)(ti)取以(yi)及其(qi)他缺(que)陷的(de)(de)量化(hua)(hua)計算，輔(fu)以(yi)橋梁模型對(dui)裂縫寬度、長度、位置信息(xi)進行(xing)匯總，最終(zhong)出(chu)具檢(jian)(jian)測(ce)報告。原本極(ji)難(nan)檢(jian)(jian)測(ce)的(de)(de)橋底，現在也可以(yi)通(tong)過模型確(que)定橋底缺(que)陷類別、大小及位置。相對(dui)于傳統的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)方(fang)式，不僅從(cong)檢(jian)(jian)測(ce)成本、檢(jian)(jian)測(ce)效率上(shang)有著(zhu)明(ming)顯(xian)的(de)(de)提(ti)(ti)升，同時保證(zheng)了(le)檢(jian)(jian)測(ce)人員的(de)(de)作業安全，對(dui)于交通(tong)的(de)(de)影(ying)響(xiang)也得到了(le)顯(xian)著(zhu)的(de)(de)改善。
6.3 現有不足和未來探討
本(ben)(ben)次(ci)項(xiang)目高(gao)效的完成(cheng)是建立在前期充分的準備工作(zuo)及現場人員(yuan)較高(gao)的技(ji)術水平之上(shang)，而(er)此類項(xiang)目地處(chu)偏遠，想做(zuo)到(dao)定期檢測人員(yuan)及通勤成(cheng)本(ben)(ben)太(tai)高(gao)。所以(yi)就需要一套成(cheng)本(ben)(ben)更低(di)，對設備和(he)人員(yuan)沒(mei)有太(tai)高(gao)要求(qiu)的作(zuo)業(ye)方案。
無(wu)人機(ji)全自(zi)動飛(fei)行(xing)(xing)系統(tong)可(ke)(ke)以很好(hao)的(de)解(jie)決這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)(ti)(ti)，要實(shi)現(xian)(xian)全自(zi)動飛(fei)行(xing)(xing)作(zuo)業，無(wu)人機(ji)在(zai)作(zuo)業地自(zi)動起(qi)降(jiang)巡檢，必須得(de)解(jie)決以下四(si)個(ge)問(wen)題(ti)(ti)(ti)：1. 無(wu)人機(ji)的(de)野外存(cun)放(fang)問(wen)題(ti)(ti)(ti)；2. 無(wu)人機(ji)的(de)自(zi)動起(qi)降(jiang)問(wen)題(ti)(ti)(ti)；3. 無(wu)人機(ji)的(de)電池(chi)充(chong)能問(wen)題(ti)(ti)(ti)；4. 自(zi)動精細(xi)化(hua)航(hang)線(xian)設計(ji)(ji)問(wen)題(ti)(ti)(ti)。存(cun)放(fang)的(de)問(wen)題(ti)(ti)(ti)有(you)一個(ge)密(mi)閉空(kong)間即可(ke)(ke)，通(tong)過機(ji)械(xie)(xie)化(hua)裝(zhuang)置實(shi)現(xian)(xian)飛(fei)行(xing)(xing)平臺的(de)升降(jiang)和(he)(he)艙門(men)開合；起(qi)降(jiang)問(wen)題(ti)(ti)(ti)可(ke)(ke)以通(tong)過RTK定位(wei)技術，視(shi)覺(jue)輔助和(he)(he)超聲波(bo)定高等實(shi)現(xian)(xian)自(zi)動高精度的(de)降(jiang)落到戶外存(cun)放(fang)裝(zhuang)置中；通(tong)過機(ji)械(xie)(xie)臂等裝(zhuang)置可(ke)(ke)以實(shi)現(xian)(xian)自(zi)動化(hua)換(huan)電和(he)(he)充(chong)電；因為(wei)已有(you)精細(xi)化(hua)模(mo)型(xing)，基于(yu)模(mo)型(xing)的(de)精細(xi)化(hua)航(hang)線(xian)設計(ji)(ji)已經運用非常成(cheng)熟。解(jie)決完外業數據(ju)獲取，內業數據(ju)處理就(jiu)更容易解(jie)決了(le)，本文利用的(de)云(yun)處理的(de)方式就(jiu)能很好(hao)的(de)解(jie)決這(zhe)一問(wen)題(ti)(ti)(ti)。
以上是基(ji)于本項目對(dui)(dui)未(wei)來偏遠地區(qu)重要基(ji)礎設施(shi)巡檢(jian)(jian)的展(zhan)望，討論(lun)了利用無人機、云計(ji)算和(he)實景三(san)維(wei)建模等技術實現自動(dong)化(hua)巡檢(jian)(jian)的可行性(xing)，目前筆者了解到的自動(dong)飛行系(xi)統產(chan)品(pin)化(hua)程度較低，現階(jie)段我們可以利用有人參與的半自動(dong)化(hua)方式作(zuo)為過渡，相對(dui)(dui)于傳統巡檢(jian)(jian)模式也(ye)進步巨大。
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