基于无人机航摄测量的施工管理系统设计

陈凤志

（北京城建亚泰建设集团有限公司，北京 100000）

随着建筑项目规模日益增大，信息化、网络化的施工管理系统成为研究热点。无人机倾斜摄影技术是数字摄影测量技术中的一项重要内容[1-2]。将无人机倾斜摄影技术和施工管理系统相结合，在无人机上安装无镜头相机、导航系统等，按照事先设置好的航线进行拍摄，对拍摄数据进行处理，构建三维实景模型，将拍摄范围直观地以三维形象进行展示，能够提高测量的精准度和施工管理系统的效率，减少施工中的测量工作，实现无人机倾斜摄影技术在施工管理信息化中的应用[3-6]。文章基于无人机倾斜摄影技术的施工管理系统进行设计与研究，为无人机倾斜摄影技术应用于施工管理提供参考。

1 系统需求分析

1.1 系统功能需求分析

通过获取点云数据以及空间分布坐标，将其导入BIM软件中为工程施工提供数据支撑。

（1）施工进度管理。

负责管理施工进度，包括工程项目施工进度总计划、单位工程进度计划、分项目工程进度计划、月作业计划。

（2）控制施工进度。

负责施工进度监控，包括编制施工进度计划表、编制内控施工进度计划、对施工节点进行考评、施工难点技术管理。

（3）施工设备管理。

负责管理施工设备，对施工设备进行全过程管理，从采购到使用均使用信息技术管理。

（4）施工费用管理。

负责管理施工费用，包括耗材费用、施工费用管理等。

（5）施工合同管理。

负责管理施工合同，包括施工合同撰写、签订等。

（6）施工BIM管理。

负责施工BIM模型构建。

（7）无人机倾斜摄影技术的施工管理。

负责施工现场数据采集。

1.2 系统非功能需求分析

（1）系统稳定性。

系统能够平稳运行120 d，故障率低于1%；系统能够满足200人同时在线使用；系统占用服务器资源率低于85%。

（2）系统易用性。

该系统包含的用户年龄阶段不同，有部分用户电脑操作不熟悉，需要使用界面简单。

（3）强大接口。

施工管理涉及国家标准、行业标准较多，设计系统应该具有强大接口，用户可以根据自身需求设计相应使用模块。

2 系统功能设计

2.1 系统设计原则

（1）优化设计现有施工流程。

对现有施工流程逐一分析，找到最优条件，让施工流程达到最优。

（2）优化设计数据库。

建筑施工管理系统中包含大量数据存储，需要采用科学数据设计模型，确保数据存储合理。

（3）强化权限管理。

科学权限管理有助于施工管理。对施工中测量、审批、审核等严格按照权限管理方式进行。

2.2 系统架构设计

施工管理系统开发采用三层架构。界面层是由Winform技术开发的施工管理系统，包括施工进度管理界面、控制进度管理界面、施工设备管理界面、施工费用管理界面、施工合同管理界面、施工BIM管理界面、无人机倾斜摄影管理界面；业务逻辑层包括施工进度业务管理、控制进度业务逻辑管理、施工费用业务逻辑管理、施工设备业务逻辑管理、施工合同业务逻辑管理、施工BIM业务逻辑管理、无人机倾斜摄影业务逻辑管理；数据层包括无人机摄影采集数据、业务逻辑数据、基础数据。

界面层中使用ComponentFactory.Krypton.Toolkit控件美化界面。业务逻辑层中使用数据库添加、修改、删除、查看等操作实现业务逻辑管理；数据层主要进行数据存储；系统基础数据库、业务逻辑数据库使用开源MySQL数据库进行数据存储；无人机采集数据采用SQLite数据库存储数据。系统中增加5G传输网络模块，能够实现无人机采集数据及时传输到服务器端进行数据分析的目的。

2.3 系统功能设计

2.3.1 无人机倾斜摄影模块设计

无人机倾斜摄影技术是利用无人机携带高清摄像头从空中不同角度对施工环境进行多角度拍摄，从不同视角获取地面建筑信息，通过数学模型进行校正，转化为俯视影像。使用三角测量、影像密集匹配点云算法、纹理映射算法、TIN三角网构建算法等数学模型可以完成实景三维建模。

建筑施工现场施工面积相对较少，因此使用单镜头进行现场图像采集。无人机倾斜摄影施工测量流程如图1所示。

由图1可知，在施工现场中进行控点布置，根据无人机路线进行无人机倾斜摄影，实现施工现场数据采集。对数据进行数据预处理、影像匹配、纹理映射等，制备三维模型和数字正影射图像。整个过程需要按照国家标准、行业标准进行参数设置，从而得到施工面积、施工进度等信息。

使用无人机RTK设备测量地面像控点高程坐标和平面坐标，系统要求高程坐标与平面坐标之间坐标差的误差小于5 cm。像控点装置每周检测1次，确保坐标未发生改变，若改变需要重新调整数据。

倾斜摄影数据处理软件使用Smart3d的API，采用C#编程语言调用API接口。使用C#编程语言调用API关键代码为：

2.3.2 设备管理设计

采用信息技术进行设备管理，功能主要包含设备信息添加管理、施工设备信息查看、施工设备信息修改、施工设备信息删除管理、施工设备信息更新管理。为了提高设备管理开发效率，利用UML建模技术进行施工设备管理功能设计。

Construction_equipment，用于施工设备界面管理；Construction_equipmentDALL，用于施工设备业务逻辑管理；Construction_equipmentBLL，用于施工设备数据管理；Construction_equipmentmoble，用于施工设备数据集管理。

Construction_equipment_add（）方法中使用数据库数据insert语句进行数据添加，例如插入设备信息使用“insert into shebei（shebeiming，…） value（）”；Construction_equipment_update（）使用数据库update 语句进行数据更新；Construction_equipment_show（）使用数据库语句select进行数据查询；Construction_equipment_delete（）使用数据库delete进行数据删除。

施工设备管理类如图2所示。

图2 施工设备管理类

2.3.3 数据库设计

无人机倾斜摄影技术的施工管理系统中数据存储的数据库为MySQL和SQlite数据库。以无人机摄影技术数据存储为例，详细分析SQLite数据存储。无人机摄影技术数据存储如表1所示。

表1 无人机摄影技术数据存储

3 系统实现

系统开发环境为Visual Studio 2019，使用Smart3d提供API进行系统二次开发，编程语言底层数据采集为C++，顶层界面展示使用C#。使用无人机结合IBM技术进行数据采集。

无人机采集得到IBM施工现场如图3所示。

图3 无人机采集得到IBM施工现场

4 结语

随着信息技术不断发展，将无人机倾斜摄影技术应用到施工管理中能够提高施工管理效率和进度，控制项目成本。无人机摄影技术在施工管理中，需要采集大量数据，结合三维建模算法可以还原施工现场。后续可以将无人机倾斜摄影技术与BIM、人工智能技术结合，实现施工智能管理。