三維測量機器人實測實量智能管理系統(tǒng)

李燦，衛(wèi)世全，陳洪根，蔣小軍，陸孟杰

（中國建筑第五工程局有限公司）

1 研究背景

隨著工程建設行業(yè)的數(shù)字化信息化的不斷發(fā)展，對工程實測實量提出了更高的要求。

《建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準》、《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》、《砌體工程施工質量驗收規(guī)范》等驗收規(guī)范對實測實量提出了明確的要求，實測實量是建筑工程實施中不可缺失的重要程序。

但是現(xiàn)階段施工單位的實測實量存在耗時長、速度慢、抽測、數(shù)據(jù)不準確、工作枯燥、從業(yè)人員越來越少等問題，而政府和業(yè)主單位又對實測實量提出了更高的要求，為適應時代和建筑業(yè)的快速發(fā)展要求，施工單位對實測實量的重視也不斷提高。為高效開展實測實量工作，需要我們創(chuàng)新思路解決 問題。

為了高效、智能開展實測實量工作，解決實測實量實際工作耗時長、工具多、數(shù)據(jù)處理繁瑣等問題，需要研發(fā)智能管理系統(tǒng)配合先進的測量儀器共同實現(xiàn)實測實量工作的高效開展。

在皖投尊府一期一標施工總承包工程、合肥保利濱湖和光塵樾項目二期一標段項目、合肥市公共衛(wèi)生管理中心施工總承包項目等項目，中國建筑第五工程局有限公司積極開展項目各階段實測實量工作的創(chuàng)新研究工作，引進了FARO S70 三維測量機器人、研發(fā)了中建五局實測實量管理系統(tǒng)，解決了實測實量工作中耗時長、工具多、數(shù)據(jù)處理復雜的問題，取得了實測業(yè)務后臺管理系統(tǒng)和自動化實測實量安卓手機程序軟件著作兩項，形成了智能機器人快速三維自動測量施工工法施工法 1部。

2 主要研究內容

2.1 三維測量掃描儀點云分析關鍵技術研究

依托非接觸式三維測量機器人形成點云，將點云通過網(wǎng)絡傳輸?shù)皆破脚_，設定有效的計算公式和方法，實現(xiàn)點云的快速計算分析，自動生成需要的表格。

2.2 實測實量智能管理系統(tǒng)關鍵技術研究

基于云計算和大數(shù)據(jù)處理技術建立中建五局實測實量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)三維測量機器人現(xiàn)場掃描數(shù)據(jù)的采集、傳輸、運算，再到繪圖、制表、評分的全自動化，實現(xiàn)數(shù)字化管理。

2.3 實測實量現(xiàn)場快速解決方案研究

充分運用上述研究技術于現(xiàn)場，開發(fā)出一整套實測實量解決方案，該方案運用于現(xiàn)場可以實現(xiàn)單人單一工具實現(xiàn)一分鐘內完成房間垂直度、平整度等實測實量測量工作，實現(xiàn)實測實量的高效開展，同時根據(jù)全面測量避免抽測的要求，最終形成企業(yè)級標準。

3 實測實量智能管理系統(tǒng)組成

實測實量智能管理系統(tǒng)[1]由四部分組成（見圖1）。

①三維測量機器人：采用激光測距技術，45s左右完成1mm精度的空間點云數(shù)據(jù)采集，平均每面墻采集超過10萬點。

②手機APP+小程序：分別作為現(xiàn)場操作和日常管理工具；采用4G/5G傳輸，20s左右完成數(shù)據(jù)傳輸確認，并作為結果呈現(xiàn)/檢驗的端口。

③電腦端管理系統(tǒng)：進行后臺設置，包括但不限于指標設置、合格標準設置、權重設置、賬號權限分配等。

④阿里云計算平臺：采用自動云端計算，根據(jù)設置的參數(shù)和獨立的軟件進行點云數(shù)據(jù)分析，在10min內自動完成計算，并下發(fā)到APP/小程序端。

圖1 實測實量管理系統(tǒng)圖

4 實測實量智能管理系統(tǒng)功能

4.1 全覆蓋

激光掃描技術 “可見即可測”，平均每面墻采集超過10萬點，每個測站采集超過100萬點（見圖2），全面覆蓋[2]。

“全測”模式下，發(fā)現(xiàn)并標記所有問題，便于指導現(xiàn)場整改；“抽測”模式下，與傳統(tǒng)手工測量方式匹配，便于和歷史成績對比分析。

目前主流實測實量指標均可實現(xiàn)，并且還有傳統(tǒng)人工測量所難以實現(xiàn)的指標：墻面（頂板面、地面）熱力圖、以角度評價墻面垂直度、頂板/地面水平度、頂板平整度、窗框平行度、洞口方正度。

圖2 點云數(shù)據(jù)圖

4.2 全自動

測量員手機APP接收任務，現(xiàn)場“自動調平”、“一鍵啟動掃描”，完成后“一鍵數(shù)據(jù)上傳”，隨即進入下一個測站重復測量。

阿里云系統(tǒng)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，全自動計算，根據(jù)設置好的指標、合格標準、評分權重等進行自動分析計算，自動輸出測量結果，并自動按設置好的邏輯輸出各種指標分析、排名等，便于管理跟蹤。

數(shù)據(jù)全過程人為因素無法、無須介入，透明公正。

4.3 效率高

1名測量員，現(xiàn)場“自動調平”、“一鍵啟動掃描”，完成后“一鍵數(shù)據(jù)上傳”，一個測站50s左右可以完成測量，20s左右完成數(shù)據(jù)上傳，隨即進入下一個測站重復測量。

1名后臺管理人員，4h可以完成一個標段的數(shù)據(jù)初始化布置（樓棟、樓層、戶型、權限等），一個標段僅需設置1次。

阿里云服務器16核并行計算（即16個任務可以同時計算），每個任務10min內輸出測量結果，不占用測量時間。

如果是日常滿測工作模式，滾動流水工作，平均每個測站/每間房1.5min，每套房10min～15min，每天可測量30套～50套房；測量員下樓之前，云平臺已經(jīng)完成了全部計算分析。

4.4 數(shù)據(jù)準

經(jīng)國家權威計量機構認證，產(chǎn)品精度有保障。10m范圍內測距精度可達1mm，垂直度、平整度分辨率可達0.5mm。

機器測量，自動選點，有效去除人為干擾，杜絕“錯、漏、亂”等手工測量弊病。統(tǒng)一測量標準，保證各項目在統(tǒng)一尺度下進行評價和排名。全天候測量，光照、天氣等因素均不影響測量精度。

5 效果對比

實測實量智能管理系統(tǒng)可實現(xiàn)1min內完成房間垂直度、平整度、開間進深、門洞尺寸、方正角、陰陽角等實測實量數(shù)據(jù)測量，解決了傳統(tǒng)人工測量下的需要兩名測量人員配合的需10min完成速度慢的難題，實現(xiàn)了快速測量。

系統(tǒng)三維測量機器人操作簡單，不受光線、溫度、濕度等外部環(huán)境影響。人工測量的情況下，對測量員水平要求較高，否則可能導致測量數(shù)據(jù)不準確，新入職或者工作經(jīng)驗不足的人員不能有效地開展實測實量工作，速度慢、質量差，本系統(tǒng)對測量人員水平要求較低，一般管理人員經(jīng)過簡單的培訓即可開展測量工作，測量時數(shù)據(jù)不受人的測量水平影響。測量精度不受人和測量工具干擾，數(shù)據(jù)準。

系統(tǒng)可完美解決測距儀、靠尺、掃平儀、塞尺等多種工具轉換的難題。傳統(tǒng)情況下實測實量存在的測量工具多、攜帶不便、易丟失等問題，本系統(tǒng)僅需要一臺設備即可，可實現(xiàn)單人單工具完成全部測量工作，省事省力。

系統(tǒng)可實現(xiàn)所有現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)同步上傳自主研發(fā)的云端管理平臺，自動生成可定制的實測實量交付圖表反饋到手機和PC端（見圖3），實現(xiàn)測量外業(yè)和內業(yè)工作同步進行同步完成。

實測實量智能管理系統(tǒng)建立大數(shù)據(jù)處理和云計算相結合的技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、運算，再到繪圖、制表、評分的全自動化，全程不需要紙張，實現(xiàn)數(shù)字化管理。

系統(tǒng)可實現(xiàn)實測實量的全面測量，拒絕抽測，全方位掌握項目實際信息。

圖3 自動生成定制圖表

6 結語

實測實量智能技術通過研發(fā)一套實測實量智能管理系統(tǒng)配合三維測量機器人，實現(xiàn)了單人1臺儀器現(xiàn)場極速測量，內業(yè)資料自動生成和智能評定的功能，解決實測實量實際過程中人員需求多、工具多、耗時長、數(shù)據(jù)處理繁瑣等問題，大大節(jié)約了人力、物力，提高了效率、降低了成本，具有較大的推廣價值。