3DZI：三维重建模型与展开全景图结合的检测技术

        进入二十一世纪以来，中国经历了世界上规模最大、速度最快的基础设施建设。以隧道为例，截至2018年底，中国大陆公路与铁路的隧道数量超过了3万座，总里程超过3万公里。大量的基础设施必然带来巨量的养护。从发展历程上看，我国已从重建轻养逐步过渡到建养并重，部分发达地区已经进入了养护为主的阶段。

        在基础设施的养护管理方面，检查检测、技术状况评定、处置决策及养护维修是基础设施管养的四大环节。这四个环节分别对应了病害的发现、评定、处置和维修。因此，基础设施养护管理的核心之一是围绕病害进行闭环管理。其中发现环节是闭环的起点，也是闭环的终点。养护维修工作常常始于病害的检查，终于对病害修复情况的检测。交通基础设施结构物（桥、涵、隧、坡）的主要病害为结构开裂、渗水结晶、破损剥落、锈胀露筋等，其中大部分病害可通过人工目视检查得到。但人工检查存在定位不准、难以量化、差异性大、不可复现、容易遗漏等问题。为此，各类管养单位、部门和企业开始引入自动化检测设备，如涵洞检测车、自动桥检车、隧道快速扫描车等。自动化检测设备的优势是现场效率高、准确性好、可复现性强，劣势是成本高、机动性差、场地制约性大。

        从现阶段的情况看，人工检测由于成本低、灵活性高，在相当长的时间内无法完全被自动化检测设备替代。随着数码相机和手机的广泛使用，检测过程中使用数码照片记录结构物表观病害情况已经十分普遍。但是直接使用照片进行记录有两大问题：第一、单张相片视野范围有限，无法看清全貌。第二、从照片中难以对病害进行准确的定位并予以定量描述。随着计算机视觉技术中三维重构以及图像矫正拼接技术的兴起，可以利用多张不同位置拍摄的照片解决上述问题，进而在维持人工检测优势的同时，提高其作业的准确性和结果可复现性，达到增强人工检测的目的。

3DZI=3D Reconstruction Model + Deep Zoomable Layout Panoramic Image

         使用3DZI技术构建三维模型和展开全景图后，可通过三维空间与二维平面的映射关系实现三维模型与展开图的联动浏览。使得用户能在三维漫游时可同步浏览高清展开全景图。解决三维模型表观细节看不清，展开全景图无空间位置感的问题。如同将现场搬到室内，甚至让内业呈现的效果胜于在现场看到的景象。

        基于3DZI技术的检测方法具有成本低廉、作业灵活、结果直观三大特点。首先，该方法使用的拍摄设备是消费级摄影器材，且无需事先进行校正。其次，该方法现场作业时可手持相机自由拍摄，无需严格的像方及物方定位（净空检查时需要布设控制点）。对场地要求低，人可进入的场所即可作业，也可配合辅助设备实现半自动化的检测。当需要更高分辨率时，更换相机镜头即可。最后，使用3DZI技术对照片处理后可生成三维模型、展开全景图并进行联动浏览，从三维模型及展开图上可测量净空、计算面积和体积，可生成偏差云图、断面图。所展现出的效果接近于价格昂贵的激光雷达设备。

        基于3DZI技术的检测方法适用于营运期结构物表观病害的检查，尤其适用于范围不大的专项检查，如突发灾害后的快速检查。施工期可使用该技术对外观尺寸、净空及表观质量进行检查，形成完整详细的施工过程档案，且易于追溯和还原现场。对于岩土体相关的施工过程，可以使用该技术记录地质情况，如隧道围岩地质素描及边坡地质调查。通过多期数据对比，该技术还可用于跟踪观测病害的发展及变形情况。