無人機實景建模技術(shù)為公路項目建設(shè)“錦上添花”

文｜黃鐳

隨著科技發(fā)展及我國對智慧城市的推動，民用消費級無人機市場日漸興起，產(chǎn)業(yè)鏈不斷成熟并帶來了成本曲線的大幅下降。無人機以其機動靈活及交互性強等特點，快速進入了工程建設(shè)領(lǐng)域。

BIM技術(shù)適應(yīng)著信息化的發(fā)展、適應(yīng)產(chǎn)業(yè)升級及國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的要求，已經(jīng)成為解決復(fù)雜工程的常用技術(shù)手段。基于無人機的實景建模技術(shù)在高速公路工程中的應(yīng)用，在解決實際生產(chǎn)難題中起到了積極的作用，提質(zhì)增效作用明顯。

以三淅高速灌河大橋工程為例，該項目位于三門峽市盧氏縣，山區(qū)地形復(fù)雜，地形起伏大，平均落差為34m。項目存在施工場地設(shè)計、道路運輸困難，施工測設(shè)危險程度高及施工方案多變等難題。為規(guī)避常規(guī)施工測量的風(fēng)險，合理布局施工場地及空間關(guān)系的分析，形象化表達施工效果，項目團隊開展了基于無人機的實景建模技術(shù)在山區(qū)公路工程中的應(yīng)用研究。

在土石方量計算的應(yīng)用

基于無人機傾斜攝影技術(shù)，通過ContextCapture軟件處理，自動化建模，生成的實景模型具有三維編輯、修改，測量體積、面積、長度（精確到厘米級別的數(shù)據(jù)），獲取測繪信息等功能。對局部離散的土石方進行傾斜攝影建模，在Acute3D Viewer軟件中進行游覽，鼠標點擊操縱視圖，選擇測量工具，可以讀取點坐標、兩點之間距離、多段線包圍面積以及多段線平面上的填挖方體積，如圖1所示。

通過外業(yè)設(shè)置的控制點，對傾斜攝影生成的模型進行姿態(tài)糾正，模型精度控制在5cm，提取土石方量，與常見的數(shù)字化土石方量進行對比，對比5種計算方法，選取各個計算結(jié)果求和，求得的平均值，進行相對精度的驗算對比，無人機傾斜攝影法獲取的計算結(jié)果滿足要求。

土石方量的計算原理和精度決定了各自適用的工程，表1中的方法有各自的優(yōu)缺點。無人機傾斜攝影法進行的土石方量的計算，與常見的數(shù)字化土石方量的計算結(jié)果對比，更趨近于DTM法與方格網(wǎng)法的計算。相較于傳統(tǒng)的外業(yè)測量與內(nèi)業(yè)計算，節(jié)省了大量的外業(yè)工作量，節(jié)約成本，尤其對于大量離散的土石方量，可以在實景建模中一次性計算，避免冗余的工作，高效精確，具備實施性。

圖1 土石方量計算

圖2 項目占地的地類圖斑圖

空間分析及場地設(shè)計

隨著綠色施工要求的日益提高，傳統(tǒng)的施工場地布置是在二維空間內(nèi)進行規(guī)劃，對于三維的地貌和建(構(gòu))筑物無法充分考量。以三淅高速工程為例，施工區(qū)域占用居民地、天然綠地、林地、耕地、河流、交通用地等多種地類，場地設(shè)計如何節(jié)約用地，合理利用土地資源成為項目綠色施工的重點。

表1 無人機實景建模法與常見數(shù)字化土方量的計算對比表

表2 無人機的軟、硬件一覽表

圖3 實景模型的創(chuàng)建流程

借助于無人機高機動性的特點，多角度完成信息的采集，以數(shù)碼照片作為輸入數(shù)據(jù)源，加入各種可選的額外輔助數(shù)據(jù)，無需人工干預(yù)，采用ContextCapture軟件，短時間內(nèi)生成高分辨率且?guī)в姓鎸嵓y理的三角網(wǎng)格模型，能準確、精細地復(fù)原出建模場景的真實色澤、幾何形態(tài)及細節(jié)構(gòu)成，呈現(xiàn)原始地形地貌的空間資料。

圖4 空間分析及場地設(shè)計

圖5 實景模型融合BIM結(jié)構(gòu)模型

實景模型中物體均與實際一致，設(shè)計現(xiàn)場時能進行模擬多個方案比對，在具有GIS特性的三維空間，完整解決土地資源的分配與統(tǒng)計，最優(yōu)解決。

實景模型融合BIM技術(shù)應(yīng)用

無人機傾斜攝影技術(shù)生成的三維實景模型，可切換成點云數(shù)據(jù)、三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，進入到Descartes軟件進行點云數(shù)據(jù)處理，可直接導(dǎo)入到BIM軟件中做實體建模、出圖等工作。同時可以實現(xiàn)對模型的分析、碰撞檢查、虛擬建造、模擬移動路徑等等諸多應(yīng)用功能。以楊家?guī)X大橋工程的實景模型融合BIM模型為例，形成工程的整體形象，如圖5所示。

基于無人機的實景建模技術(shù)在高速公路工程的應(yīng)用，通過無人機傾斜攝影技術(shù)的實景建模，依托相關(guān)軟件提取數(shù)據(jù)，進一步融合BIM技術(shù)，整合三維信息模型，為高速公路工程建設(shè)提供了一種新的智能化方式，節(jié)控資源，保障綠水青山，輔助工程項目建設(shè)全生命周期更為經(jīng)濟，促進工程建設(shè)的生產(chǎn)效率。