原题目:无人机倾斜摄影在高速公路改扩建施工中的利用摸索

截至2018年底,我国高速公路总里程已冲破14万公里,已完成或正在实行的改扩建高速公路里程达6500余公里,在经济高速成长新常态的布景下,已有高速公路的改扩建工程正逐渐成为基本举措措施扶植范畴的重心之一。因为高速公路改扩建会受到现有途径交通流的影响,需斟酌平安、保通、进度等身分,是以对施工技巧及治理程度均有较高请求。此外,国度在“十三五”交通运输成长计划中提出立异驱动、平安绿色的领导原则,请求我们在新时期高速公路工程扶植中,积极摸索新技巧、新科技,以推进行业高质量成长。

无人机倾斜摄影技巧是借助无人机搭载一台或多台传感器,从垂直及倾斜多标的目的、多角度采集影像,获取地面信息的一项技巧。经由过程数据采集、后处置可获得高精度地面实景三维模子,具有灵活机动、本钱低、效力高的特色。今朝倾斜摄影技巧得益于盘算机及无人机技巧的成长,在各行业均获得普遍利用,开展了包含公路地质灾难查询拜访、公路勘探设计,城市计划、城市三维建模,露天矿工程量盘算、矿山监测等方面的实践研讨,并在倾斜摄影三维建模及精度剖析方面也取得了较丰盛的研讨结果。但在高速公路改扩建工程中的利用实践较少。

本文以某高速公路改扩建工程为例,摸索无人机倾斜摄影技巧在项目施工进程中的利用,为相似项目提质、降本、增效供给鉴戒,为进一步拓展无人机倾斜摄影技巧的利用范畴积聚经验。

倾斜摄影三维重建技巧

今朝倾斜摄影数据采集所用无人机种类较多,本文选用花费级无人机年夜疆精灵Phantom4 Pro。数据后处置包含影像匹配、空三加密盘算、密集匹配、三角构网、纹理映射5个要害技巧,今朝可选择的后处置软件较多,且操纵简略无须较多人工干涉,全部进程主动化水平高。

睁开全文

数据采集

无人机搭载的相机型号为FC6310S,镜头焦距8.8毫米,像元尺寸0.00241毫米,CCD尺寸13.2 x 8.8毫米,设计航高80米。按公式:地面辨别率=航高x像元尺寸/镜头焦距,得出地面辨别率为2.19厘米。航飞前对场地进行踏勘,断定航摄范畴,在平展无遮挡的交(角)点地位布设把持点,把持点安排密度依据需测图的比例尺公道选择,并循序平均布设原则,采集记载工程坐标。地面站选择专业倾斜摄影软件Altizure,计划垂直及倾斜五条航路,设计航向重叠率80%,旁向重叠率70%,航摄进程中当电池耗尽会主动回回标志点,调换电池复飞后主动持续未完成航路。航摄停止后,检讨数据完全性及正确性,对漏掉部门或照片影像含混不清、质量较差的区域进行补飞,完成倾斜摄影的外业数据采集工作。

数据处置

将无人机航摄相片导进后处置软件,检讨并弥补相片参数。输进把持点信息,对比外业的把持点地位,在航摄相片中准确刺点,尽量让每个航路上的照片均有把持点标志,检讨无误提交空三盘算。解算完成后查看空三关系模子,确保坐标轴标的目的准确,进行实景模子重构及各类数据的出产导出。

倾斜摄影在改扩建施工中的利用

以某四改八高速公路改扩建项目为例,实验区沿线地貌单位以平原微丘为主,有多处高填深挖工点,路线加宽计划庞杂,保通压力年夜,施工难度年夜,针对上述项目特色,在扶植重难点上应用无人机倾斜摄影技巧开展利用摸索。

近况丈量前提

高填深挖工点利用

1.土石方盘算

高填深挖路基开挖土石方是改扩建项目中的主要施工内容之一,因施工进程中既有途径交通不克不及中止,现有边坡坡度较陡,丈量难度年夜,局部实测高程点难以采集,造成丈量成果不尽如人意,造成土石方量有较年夜盘算误差。

经由过程倾斜摄影技巧可快速、机动地采集工点区域内近况地面信息,完成实景模子重构后,可盘算获得总土石方量、月度土石方开挖量、土石比例数据。

对本项目中5处深挖工点进行实景模子重建及土石方盘算,以工点1为例对空三解算后的结果进行精度剖析。工点1的盘算区域面积为21513平方米,布设定向点7个、检讨点7个,依据《数字航空摄影丈量空中三角丈量规范》,采用定向点和检讨点查验模子精度,规范中划定最年夜限差值如表1。依据空三解算的坐标及实测坐标分辨盘算定向点及检讨点的残差,如表2。

经盘算,定向点平面中误差为0.0212米,高程中误差为0.0238米,1:500平地平面定向点中误差最年夜限差为0.13米,高程中误差最年夜限差为0.11米,盘算成果知足规范对1:500年夜比例尺限差请求。

经盘算,检讨点平面中误差为0.1209米,高程中误差为0.1170米,1:500平地平面定向点中误差最年夜限差为0.17米,高程中误差最年夜限差为0.15米,盘算成果知足规范对1:500年夜比例尺限差请求。

传统丈量数据天生地形曲面

综上,倾斜摄影所得数据具有较高精度,知足施工进程中土石方盘算的请求。

三维模子重建完成后输出DEM数据,导进CIVIL 3D中树立地形曲面,应用其体积盘算东西,盘算施工区域内开挖方量(如表3)。由表3可知工点3在12月份土方增添是由于在量测范畴内为附近填方储蓄了填料。

综上所述,经由过程倾斜摄影技巧对高填深挖工点进行实景模子重构,精度知足1:500年夜比例尺的基础请求,土石方盘算进程简略、快捷,盘算成果为决议计划者更好把控项目本钱及进度供给了根据,在项目扶植进程中利用后果杰出。

2.高填深挖施工治理

应用无人机对高填深挖工点在某一时光节点的施工状况进行倾斜摄影数据采集,经由过程航摄相片及实景模子直不雅地获取工点施工进度、姑且防护规范性、投进机械职员数目、防护施工是否实时等信息,而这些都是在传统施工治理中易产生题目且治理难以有用开展的“盲点环节”。

以工点1为例,经由过程无人机倾斜摄影重构7-12月地面实景模子,可直不雅地看出每月施工进度;经由过程土石方量盘算,可知月度挖方总量及未实时清运方量,侧面反应施工机械的组织投进情形;盘算累计挖方量,可获取施工进度。此外,本工点还存在防护办法未实时施工,姑且防护不规范等题目。针对这些题目提出整改办法,联合三维实景模子终极形成周期性工点数字施工记载,有用下降施工平安风险,进步工程质量。

实景模子重构

三角网曲面

临建工程量统计利用

施工中便道、姑且场地等工程量往往以预估为主,在已有的实景模子上可经由过程软件功效获得施工便道长度、宽度或临建场地面积等数据,避免了人工二次丈量;拌和站场站内的物料(如土方、砂石等)聚积区进行实景模子重建,借助软件量测物料聚积体积,用于校核进进场物料的数目,是对拌和站物料治理工作有用的弥补。

借助倾斜摄影技巧对某工程区内的临建工程、场地进行地面实景模子重建后,可开展一系列的模子量测工作,数据获取便利快捷,精度较高,在项目现实利用进程中取得了较好的利用后果。

7月地面实景模子

10月地面实景模子

改扩建互通区姑且保通途径量测

拌和站堆料区体积量测

帮助交通导改计划制订

在改扩建工程中,交通导改属重难点。本项目对单侧拼广大桥改扩建架梁施工进程的交通导改良行了帮助计划设计。经由过程倾斜摄影技巧对导改区进行实景建模,获得具有时效性的DEM、DOM、DSM数据,为交通导改计划制订供给丰盛、正确的基本数据。此外,还可经由过程无人机对换查区域内的交通流量进行记载和采集,为交通导改前后交通情形盘算供给数据支持。经由过程倾斜摄影三维重建获得的实景模子,一方面增添了交通导改设计计划的公道性及可读性,同时也使专家或决议计划治理者对计划有更好的把握及更快的评判。

上风与不足

高速公路改扩建施工进程中受控身分多,现场情况前提庞杂,对施工及治理程度请求高。本项目摸索了无人机倾斜摄影技巧在改扩建工程扶植进程中的利用,在野外数据采集,实景模子重构的基本上,开展了土石方量盘算、高填深挖工点施工治理、临建工程量统计核验、帮助交通导改计划制订等利用实践。成果表白,无人机倾斜摄影技巧可以承担施工进程中的各类丈量义务,空中三角丈量精度可知足1:500年夜比例尺的限差请求,并经由过程实景模子重建,从多方面帮助施工扶植治理,为项目标提质、降本、增效供给懂得决思绪。

跟着无人机及倾斜摄影技巧的飞速成长,该项技巧的利用场景越来越多样化。经由过程高速公路改扩建施工中的利用实践发明,无人机倾斜摄影技巧在面临庞杂的改扩建施工现场时,可以充足施展其机动、低本钱、高效力的特色,顺遂完成必定区域范畴内的丈量义务,并经由过程实景模子重建,帮助开展多项工作,为项目扶植的提质、降本、增效,供给了有用的解决道路。

与此同时,我们也应当看到这项技巧今朝存在的不足,好比姿势数据不准确、镜头畸变、航摄范畴小、相片数目年夜、受气象影响较年夜等题目。并且,因为工作流程中部门要害环节缺乏规范尺度的明白请求,造成无人机倾斜摄影结果质量参差不齐。信任跟着科技的不竭成长,这项技巧会更好地助力基本举措措施扶植。

本文刊载 /《桥梁 · BIM视界》杂志

2019年 第2期 总第9期

作者 / 白宇 何鲁鄂

作者单元 / 中交第二公路勘探设计研讨院有限公司

编纂 / 王硕

美编 / 赵雯

责编 / 陈晖

审校 / 盛超 廖玲

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