無人機實景建模技術為公路項目建設“錦上添花”

文｜黃鐳

隨著科技發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，產業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領域。

BIM技術適應著信息化的發展、適應產業升級及國家創新驅動發展的要求，已經成為解決復雜工程的常用技術手段。基于無人機的實景建模技術在高速公路工程中的應用，在解決實際生產難題中起到了積極的作用，提質增效作用明顯。

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，山區地形復雜，地形起伏大，平均落差為34m。項目存在施工場地設計、道路運輸困難，施工測設危險程度高及施工方案多變等難題。為規避常規施工測量的風險，合理布局施工場地及空間關系的分析，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在山區公路工程中的應用研究。

在土石方量計算的應用

基于無人機傾斜攝影技術，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據），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。

通過外業設置的控制點，對傾斜攝影生成的模型進行姿態糾正，模型精度控制在5cm，提取土石方量，與常見的數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，與常見的數字化土石方量的計算結果對比，更趨近于DTM法與方格網法的計算。相較于傳統的外業測量與內業計算，節省了大量的外業工作量，節約成本，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

空間分析及場地設計

隨著綠色施工要求的日益提高，傳統的施工場地布置是在二維空間內進行規劃，對于三維的地貌和建(構)筑物無法充分考量。以三淅高速工程為例，施工區域占用居民地、天然綠地、林地、耕地、河流、交通用地等多種地類，場地設計如何節約用地，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，以數碼照片作為輸入數據源，加入各種可選的額外輔助數據，無需人工干預，采用ContextCapture軟件，短時間內生成高分辨率且帶有真實紋理的三角網格模型，能準確、精細地復原出建模場景的真實色澤、幾何形態及細節構成，呈現原始地形地貌的空間資料。

圖4 空間分析及場地設計

圖5 實景模型融合BIM結構模型

實景模型中物體均與實際一致，設計現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計，最優解決。

實景模型融合BIM技術應用

無人機傾斜攝影技術生成的三維實景模型，可切換成點云數據、三角網格數據，進入到Descartes軟件進行點云數據處理，可直接導入到BIM軟件中做實體建模、出圖等工作。同時可以實現對模型的分析、碰撞檢查、虛擬建造、模擬移動路徑等等諸多應用功能。以楊家嶺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在高速公路工程的應用，通過無人機傾斜攝影技術的實景建模，依托相關軟件提取數據，進一步融合BIM技術，整合三維信息模型，為高速公路工程建設提供了一種新的智能化方式，節控資源，保障綠水青山，輔助工程項目建設全生命周期更為經濟，促進工程建設的生產效率。