基于傾斜攝影技術(shù)的土方算量在公路工程塌方路段的應(yīng)用研究

秦超紅

（中鐵北京工程局集團(tuán)北京有限公司，北京100000）

1 引言

尋甸至沾益高速公路（昆明段）土建1 標(biāo)段位于云南省昆明市尋甸縣境內(nèi)，起訖里程K0-010～K9+327，全長(zhǎng)9.337km；設(shè)計(jì)雙向六車道，路基寬度33.5m，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h。路基工程主要難點(diǎn)為線路地質(zhì)情況較差，水系復(fù)雜，施工過程中邊坡垮塌隱患大，挖方路基滲水情況嚴(yán)重，最大邊坡六級(jí)，最大高度46m，邊坡防護(hù)形式為錨桿、錨索框格梁，拱形骨架，三維植被網(wǎng)等多種形式相搭配，施工生產(chǎn)安排難度大。其中K0+100～K0+310 左側(cè)路塹邊坡位于山頂處，單面坡匯水面積較大。路塹邊坡在施工過程中，項(xiàng)目區(qū)接連發(fā)生大暴雨，造成地表水下灌至土體飽和，并與坡體內(nèi)地下水一起從路塹邊坡向外滲流，導(dǎo)致坡體失穩(wěn)，發(fā)生邊坡坍塌。

為了能夠快速準(zhǔn)確地計(jì)算出該塌方路段土方工程量，且使后期土方量結(jié)算時(shí)有據(jù)可依，項(xiàng)目部考慮采用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行塌方路段土方量計(jì)算，采用大疆精靈4RTK 無人機(jī)，搭配飛馬無人機(jī)管家進(jìn)行航空影像數(shù)據(jù)采集，其中RTK 為中海達(dá)V90 iHand 30 手薄。

2 應(yīng)用過程

塌方路段土方算量流程：利用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)建立塌方區(qū)域?qū)嵕叭S模型，將傾斜攝影模型導(dǎo)入Hidata 航測(cè)軟件，在此軟件平臺(tái)上自動(dòng)批量提取塌方范圍內(nèi)高程點(diǎn)，構(gòu)建此區(qū)域三角網(wǎng)，再將塌方區(qū)域三角網(wǎng)文件導(dǎo)入道路測(cè)設(shè)大師，生成塌方路段橫斷面圖，自動(dòng)計(jì)算塌方區(qū)域土方工程量，如圖1 所示[1，2]。

圖1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量作業(yè)流程

2.1 數(shù)據(jù)獲取

確定測(cè)區(qū)范圍為K0+100～K0+380 左側(cè)約160m，右側(cè)約100m，在測(cè)區(qū)布設(shè)一定數(shù)量的控制點(diǎn)，采用旋翼式無人機(jī)飛行平臺(tái)，搭載單鏡頭相機(jī)，根據(jù)重疊度以及拍攝航高進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，獲取地表固定物體頂面及側(cè)視的高分辨率影像數(shù)據(jù)及紋理信息并對(duì)影像質(zhì)量及數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，查看照片是否有拉花以及查看每張照片是否都有記錄POS 信息（經(jīng)緯度以及高程信息）。

2.2 數(shù)據(jù)篩查

影像獲取后對(duì)傾斜影像質(zhì)量進(jìn)行檢查并對(duì)照片進(jìn)行篩選，將地面實(shí)拍照片以及質(zhì)量差的照片一一篩選并刪除。

2.3 生成實(shí)景三維模型

利用Context Capture 軟件依據(jù)多視影像的聯(lián)合平差與多視影像的密集匹配的計(jì)算方法對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行空三加密，再經(jīng)過格網(wǎng)切塊、構(gòu)建TIN 網(wǎng)白模、自動(dòng)紋理映射等流程，生產(chǎn)出測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的高精度實(shí)景三維模型成果（見圖2）。

圖2 傾斜攝影模型

2.4 高程點(diǎn)提取

采用Hidata 三維測(cè)圖軟件進(jìn)行測(cè)圖，將測(cè)區(qū)高精度實(shí)景三維模型導(dǎo)入軟件，制作工程文件，借助高精度實(shí)景三維模型快速批量提取塌方區(qū)域高程點(diǎn)，構(gòu)建此區(qū)域三角網(wǎng)（見圖3）[4]。

圖3 批量提取高程點(diǎn)并生成三角網(wǎng)

2.5 土方量計(jì)算

將三角網(wǎng)文件導(dǎo)入道路測(cè)設(shè)大師軟件進(jìn)行土方量計(jì)算，并根據(jù)工程需要提取塌方路段橫斷面，將橫斷面數(shù)據(jù)導(dǎo)出至CAD，可在CAD 中提取填挖方面積（見圖4）。

圖4 導(dǎo)入三角網(wǎng)文件并提取土方工程量

3 效果檢查

采用傾斜攝影技術(shù)對(duì)本項(xiàng)目貓貍洞塌方路段進(jìn)行土方量計(jì)算，耗時(shí)情況及土方量計(jì)算結(jié)果分別如表1 和表2 所示。

表1 耗時(shí)情況對(duì)比表

表2 塌方路段土方量計(jì)算結(jié)果分析表

由表1 和表2 可知，利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行塌方路段土方算量時(shí)，土方量計(jì)算結(jié)果能夠滿足精度要求，作業(yè)時(shí)間大幅縮短，工作效率顯著提升，同時(shí)減少了外業(yè)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，作業(yè)人員的安全得到有效保障。

4 結(jié)語

利用傾斜攝影技術(shù)結(jié)合Hidata、道路測(cè)設(shè)大師等數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行塌方路段土方量計(jì)算，其精度滿足項(xiàng)目土方結(jié)算需求，同時(shí)能夠有效改善外業(yè)測(cè)量作業(yè)環(huán)境，保證作業(yè)人員的安全，提高測(cè)量作業(yè)效率。需要指出的是，本文僅采用傾斜攝影技術(shù)對(duì)塌方路段土方量進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于項(xiàng)目前期整體大面積復(fù)雜地形的土方量計(jì)算效果還需做進(jìn)一步驗(yàn)證。