文｜黃鐳

隨著科技發(fā)展及我國(guó)對(duì)智慧城市的推動(dòng)，民用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)日漸興起，產(chǎn)業(yè)鏈不斷成熟并帶來(lái)了成本曲線的大幅下降。無(wú)人機(jī)以其機(jī)動(dòng)靈活及交互性強(qiáng)等特點(diǎn)，快速進(jìn)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(jí)及國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)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(wú)人機(jī)的實(shí)景建模技術(shù)在高速公路工程中的應(yīng)用，在解決實(shí)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(xiàng)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(xiàng)目存在施工場(chǎng)地設(shè)計(jì)、道路運(yùn)輸困難，施工測(cè)設(shè)危險(xiǎn)程度高及施工方案多變等難題。為規(guī)避常規(guī)施工測(cè)量的風(fēng)險(xiǎn)，合理布局施工場(chǎng)地及空間關(guān)系的分析，形象化表達(dá)施工效果，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了基于無(wú)人機(jī)的實(shí)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(jì)算的應(yīng)用

基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，通過(guò)ContextCapture軟件處理，自動(dòng)化建模，生成的實(shí)景模型具有三維編輯、修改，測(cè)量體積、面積、長(zhǎng)度（精確到厘米級(jí)別的數(shù)據(jù)），獲取測(cè)繪信息等功能。對(duì)局部離散的土石方進(jìn)行傾斜攝影建模，在Acute3D Viewer軟件中進(jìn)行游覽，鼠標(biāo)點(diǎn)擊操縱視圖，選擇測(cè)量工具，可以讀取點(diǎn)坐標(biāo)、兩點(diǎn)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(guò)外業(yè)設(shè)置的控制點(diǎn)，對(duì)傾斜攝影生成的模型進(jìn)行姿態(tài)糾正，模型精度控制在5cm，提取土石方量，與常見(jiàn)的數(shù)字化土石方量進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比5種計(jì)算方法，選取各個(gè)計(jì)算結(jié)果求和，求得的平均值，進(jìn)行相對(duì)精度的驗(yàn)算對(duì)比，無(wú)人機(jī)傾斜攝影法獲取的計(jì)算結(jié)果滿足要求。

土石方量的計(jì)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(diǎn)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影法進(jìn)行的土石方量的計(jì)算，與常見(jiàn)的數(shù)字化土石方量的計(jì)算結(jié)果對(duì)比，更趨近于DTM法與方格網(wǎng)法的計(jì)算。相較于傳統(tǒng)的外業(yè)測(cè)量與內(nèi)業(yè)計(jì)算，節(jié)省了大量的外業(yè)工作量，節(jié)約成本，尤其對(duì)于大量離散的土石方量，可以在實(shí)景建模中一次性計(jì)算，避免冗余的工作，高效精確，具備實(shí)施性。

圖1 土石方量計(jì)算

圖2 項(xiàng)目占地的地類圖斑圖

空間分析及場(chǎng)地設(shè)計(jì)

隨著綠色施工要求的日益提高，傳統(tǒng)的施工場(chǎng)地布置是在二維空間內(nèi)進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)于三維的地貌和建(構(gòu))筑物無(wú)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(chǎng)地設(shè)計(jì)如何節(jié)約用地，合理利用土地資源成為項(xiàng)目綠色施工的重點(diǎn)。

表1 無(wú)人機(jī)實(shí)景建模法與常見(jiàn)數(shù)字化土方量的計(jì)算對(duì)比表

表2 無(wú)人機(jī)的軟、硬件一覽表

圖3 實(shí)景模型的創(chuàng)建流程

借助于無(wú)人機(jī)高機(jī)動(dòng)性的特點(diǎn)，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(wú)需人工干預(yù)，采用ContextCapture軟件，短時(shí)間內(nèi)生成高分辨率且?guī)в姓鎸?shí)紋理的三角網(wǎng)格模型，能準(zhǔn)確、精細(xì)地復(fù)原出建模場(chǎng)景的真實(shí)色澤、幾何形態(tài)及細(xì)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(chǎng)地設(shè)計(jì)

圖5 實(shí)景模型融合BIM結(jié)構(gòu)模型

實(shí)景模型中物體均與實(shí)際一致，設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)能進(jìn)行模擬多個(gè)方案比對(duì)，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(jì)，最優(yōu)解決。

實(shí)景模型融合BIM技術(shù)應(yīng)用

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)生成的三維實(shí)景模型，可切換成點(diǎn)云數(shù)據(jù)、三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，進(jìn)入到Descartes軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，可直接導(dǎo)入到BIM軟件中做實(shí)體建模、出圖等工作。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的分析、碰撞檢查、虛擬建造、模擬移動(dòng)路徑等等諸多應(yīng)用功能。以楊家?guī)X大橋工程的實(shí)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(wú)人機(jī)的實(shí)景建模技術(shù)在高速公路工程的應(yīng)用，通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的實(shí)景建模，依托相關(guān)軟件提取數(shù)據(jù)，進(jìn)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(xiàng)目建設(shè)全生命周期更為經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)工程建設(shè)的生產(chǎn)效率。