无人机实景建模技术为公路项目建设“锦上添花”

文｜黄镭

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日渐兴起，产业链不断成熟并带来了成本曲线的大幅下降。无人机以其机动灵活及交互性强等特点，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的应用，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。

以三淅高速灌河大桥工程为例，该项目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。项目存在施工场地设计、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，形象化表达施工效果，项目团队开展了基于无人机的实景建模技术在山区公路工程中的应用研究。

在土石方量计算的应用

基于无人机倾斜摄影技术，通过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），获取测绘信息等功能。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，可以读取点坐标、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，如图1所示。

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。

土石方量的计算原理和精度决定了各自适用的工程，表1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。

图1 土石方量计算

图2 项目占地的地类图斑图

空间分析及场地设计

随着绿色施工要求的日益提高，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，合理利用土地资源成为项目绿色施工的重点。

表1 无人机实景建模法与常见数字化土方量的计算对比表

表2 无人机的软、硬件一览表

图3 实景模型的创建流程

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。

图4 空间分析及场地设计

图5 实景模型融合BIM结构模型

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。

实景模型融合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。同时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，如图5所示。

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，依托相关软件提取数据，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。