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基于无人机实景建模技术在高速公路工程中的应用

在高速公路工程建设中,利用无人机倾斜摄影技术采集信息,通过Bentley系列的ContextCapture软件处理,自动化建模,生成的实景模型具备可量测性,便于土石方量的计算;具有空间信息特征,便于优化场地设计,合理进行资源配置分析;融合BIM技术,能全方位展示工程结构形象,直观编辑与查询,丰富了虚拟现实。
发布时间:2019-01-16 15:29        来源:互联网        作者:黄镭 中铁上海工程集团市政工程有限公司

摘要:在高速公路工程建设中,利用无人机倾斜摄影技术采集信息,通过Bentley系列的ContextCapture软件处理,自动化建模,生成的实景模型具备可量测性,便于土石方量的计算;具有空间信息特征,便于优化场地设计,合理进行资源配置分析;融合BIM技术,能全方位展示工程结构形象,直观编辑与查询,丰富了虚拟现实。

关键词:无人机实景建模;土石方量;空间分析;BIM技术。

随着科技发展及我国对智慧城市的推动,民用消费级无人机市场兴起,产业链的成熟及成本曲线的大幅下降。无人机以其机动灵活及交互性强特点,快速进入了工程建设领域。

BIM技术适应着信息化的发展、适应产业升级及国家创新驱动发展的要求,已经成为解决复杂工程的常用技术手段,基于无人机的实景建模技术在高速公路工程中应用,在解决实际生产难题中起到了积极的作用,提质增效作用明显。

一   工程概况

三淅高速的灌河大桥工程,位于三门峡市卢氏县,山区地形复杂,地形起伏大,平均落差为34m。施工场地设计、道路运输困难、施工测设危险程度高及施工方案多变等难题。为规避常规施工测量的风险、合理布局施工场地及空间关系的分析、形象化去表达施工效果,开展了基于无人机的实景建模技术在山区公路工程中应用研究。

二   在土石方量计算的应用

基于无人机倾斜摄影技术,通过Bentley系列的ContextCapture软件处理,自动化建模,生成的实景模型,具有三维编辑、修改,测量体积、面积、长度(精确到厘米级别的数据),获取测绘信息。对局部离散的土石方进行倾斜摄影建模,在Acute3D Viewer软件中进行游览,鼠标点击操纵视图,选择测量工具,读取点坐标、两点之间距离、多段线包围面积以及多段线平面上的填挖方体积,如下图所示。

图片 1

图1   土石方量计算

通过外业设置的控制点,对倾斜摄影生成的模型进行姿态纠正,模型精度控制在5cm,提取土石方量,与常见的数字化土石方量进行对比,对比5种计算方法,选取各个计算结果求和,求得的平均值,进行相对精度的验算对比,无人机倾斜摄影法获取的计算结果满足要求。

无人机实景建模法与常见数字化土方量的计算对比表  表1

序号

方法

应用软件

平场土方量/m³

相对精度对比

备注

1

实景建模法

Acute3DViewer

7541.1

0.80%

 

2

DTM法

南方CASS7.0

7434.4

-1.14%

 

3

方格网法

南方CASS7.0

7496.5

-0.09%

 

4

等高线法

南方CASS7.0

7596.5

1.81%

 

5

断面法

南方CASS7.0

7416.5

-1.46%

  

土石方量的计算原理和精度决定了各自适用的工程,表中的方法有各自的优缺点。无人机倾斜摄影法进行的土石方量的计算,与常见的数字化土石方量的计算结果对比,更趋近于DTM法与方格网法的计算。相较于传统的外业测量与内业计算,节省了大量的外业工作量,节约成本,尤其对于大量离散的土石方量,可以在实景建模中一次性计算,避免冗余的工作,高效精确,具备实施性。

三   空间分析及场地设计

绿色施工要求日益提高,传统的施工场地布置是在二维空间内进行规划,对于三维的地貌和建(构)筑物无法充分考量。以三淅高速工程为例,施工区域占用居民地、天然绿地、林地、耕地、河流、交通用地等多种地类,场地设计如何节约用地,合理利用土地资源。

图3 占地的地类图斑图

借助于无人机高机动性的特点,多角度完成信息的采集,以数码照片作为输入数据源,加入各种可选的额外辅助数据,无需人工干预,采用ContextCapture软件,短时间内生成高分辨率且带有真实纹理的三角网格模型,能准确、精细地复原出建模场景的真实色泽、几何形态及细节构成,呈现原始地形地貌的空间资料。

无人机的软、硬件一览表      表3

序号

型号

控制器

控制器软件

模型软件

视图软件

1

大疆精灵3

Ipad

dji go

ContextCapture

Acute3DViewer

实景模型中物体均与实际一致,设计现场时能进行模拟多个方案比对,在具有GIS特性的三维空间,完整解决土地资源的分配与统计,最优解决。

四   融合BIM技术应用

无人机倾斜摄影技术生成的三维实景模型,可切换成点云数据、三角网格数据,进入到Bentley Descartes软件进行点云数据处理,可直接导入到BIM软件中做实体建模、出图等工作。可以实现对模型的分析、碰撞检查、虚拟建造、模拟移动路径等等诸多应用功能。以杨家岭大桥工程的实景模型融合BIM模型为例,形成工程的整体形象,如下图所示。

五   结束语

基于无人机的实景建模技术在高速公路工程的应用,通过无人机倾斜摄影技术的实景建模,依托Bentley系列的软件,提取相关数据,进一步融合BIM技术,整合三维信息模型,为高速公路工程建设提供了一种新的智能化方式,节控资源,保障绿水青山,辅助工程项目建设全生命周期更为经济,促进工程建设的生产效率。

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