无人机摄影测量技术在高铁站房施工中的应用

无人机摄影测量技术在高铁站房施工中的应用

范士凯1,钟涛2,李岳风3,杨琪4,颜极伟5

1.3412221993****7913；2.1504301992****0918；3.2207221991****4432；4.5224231991****5313；5.5110241999****1299

摘 要：一方面无人机个体越来越小型化，其价格更加地亲民；另一方面无人机测量数据的内业数据处理软件也愈加地智能化，这些都使得无论是外业的操作还是内业数据的处理极度的简单方便。因此，无人机摄影测量的门槛也越来越低，无人机摄影测量技术的应用潜力也被进一步地挖掘，尤其是在辅助建筑施工方面，下面我将就无人机摄影测量技术在高铁站房施工中的实际应用进行介绍。

关键字：无人机摄影；测量

一、工程背景

某高铁站站房钢结构工程由东至西长606m，由南至北宽355.5m，为满足施工需要，需设置四个施工钢栈桥用于解决180t汽车吊、13m满荷75t板车、满荷55t混凝土搅拌运输车上到13.85m楼面问题。

由于现场作业面众多、交叉作业频繁、重型机械连续运转、且区域内高差大等诸多因素影响，对钢栈桥的选址及安装带来了极大地挑战，此时采用传统的测量方法存在通视情况不理想、费时费力也难以直观展现现场实际情况等不利因素。因此，果断结合测量人员及测量设备配置实际情况，采用无人机摄影测量技术进行三维实景建模并结合拟建钢栈桥及主体结构三维模型，优化钢栈桥的型号、选址及备选方案编制。

二、无人机摄影测量实施过程

1、技术流程

项目准备→数据采集→数据处理→实景模型生成→数字模型创建→接口软件格式文件生成→实景模型与数字模型融合→布设方案确定

2、准备工作

（1）起飞环境勘察：明确测区地理位置、环境状况；查询测区的气候条件，关注天气变化，避免降水、大风、大雾等天气下作业；避免高大建筑物分布情况及人口聚集区；选择在视野开阔、建筑物少的区域起降。

（2）飞行器械检查：飞行器检查；IMU地磁；地面站检查；试飞；云台检查。

（3）规划航线及参数设置

结合电脑计算能力和飞机作业效率来规划航线，作业面积较大时分区域规划航线，分区作业。航线规划注意三点：1）长航线、少转弯，不长于 1000 米；2）相邻架次间相邻航线间距小于航线间距 50%；3）相邻架次间航线转向区域航线重叠。不长于 1000 米是因为超过这个距离，人的视力基本看不见了，不利于安全飞行。

3、数据采集

确定建模航拍区域后，将已经规划好的航线及参数输入数据采集飞行控制软件中，进行任务执行。数据采集过程中共执行前、后、左、右、上五个任务，每个任务采集数据每日单独进行存档，如遇电池没电及机械故障，可在任务执行界面进行断点续飞。

4、数据处理

所有任务执行完毕后，将航拍完成的照片存储到专属移动硬盘中。

（1）相片质量检查——检查有无漏拍，少拍，照片模糊等情况；

（2）相片数据导出——按照飞行区域，飞行架次，角度，照片序号进行相片编号，分类放置在各个对应文件夹里面；

（3）新建工程文件

工程文件夹命名规则一般为：项目名称_航拍日期_架次、行高等参数，且尽量不含中文。例如E:\CC\Z_20190815_102a。

工程目录下创建子文件夹，分别命名为zhaopian和job，用来存放照片和模型创建的过程信息；zhaopian目录下创建5个子文件夹，分别命名为1，2，3，4，5，存放5个飞行任务的照片。

5、实景模型生成

打开实景模型创建软件，设置工程文件名称及存储路径

5.1影像导入

将分类存放的航拍照片添加到影像组中，此过程可以批量导入照片，也可进行整个文件夹的导入，如果采集信息为视频模式，也在此步导入。

5.2照片初步筛选

导入照片或视频数据之后，在3D视图中可以看到所有照片的位置信息，可以根据需要删除位置重叠和角度不好的照片。

5.3空三处理

在导入数据并设置完相关参数之后，进行空中三角测量计算。

5.4实景模型创建

空中三角测量计算完成后，得到一个新的区块，并且每张影像具有了精确的内外方位元素。根据工作站的处理性能及区域的可用性，将新的区块进行切块处理，切块完成后配置相应的建模精度及纹理需求等参数，设置完成后，进行任务的执行，待所有任务执行完毕，实景模型重建完成。

6、钢栈桥数字模型创建

依据主体结构现场与周边地面实际情况及后期结构标高数据，钢栈桥使用情况，确定钢栈桥高度及坡度，创建钢栈桥初期数字模型。

7、实景模型与数字模型融合

由于现场实景模型与钢栈桥数字模型分别由不同软件创建，成果文件格式不兼容，需要将二者格式转换为.dae格式文件，再导入接口软件中进行融合。

7.1实景模型格式转换

将已经生成的实景模型任务打开，在实景模型的基础上提交新的生产任务，在新的生产任务中选择输出格式为.dae格式文件，提交生产，等待生产任务结束。

生产任务结束后，根据区块的划分，每个区块都会生成1个.dae格式文件及此区块实景模型的正射影像图片。

7.2数字模型格式转换

钢栈桥数字模型及结构后期模型创建完成后，可直接在建模软件中直接输出为兼容格式.dae格式文件。

7.3实景模型与数字模型融合

分别将格式转换后的实景模型与数字模型先后导入到接口软件中。

在导入实景模型阶段，由于在转换兼容格式任务过程中，将实景模型进行了分块处理，导入接口软件中每一块都是一个独立的单元，可根据工作站的处理性能及硬件配置选择单个导入和批量导入两种方式。本项目实景模型工程文件较大，选择单个导入的方法，按文件任务排序依次进行导入。

由于每一区块都是一个独立的单元，将区块导入接口软件中要把区块进行连接，在导入第一块区块时，将此区块角点定位在接口软件的轴线原点处，方便后续区块的拼接。

依次将后续区块导入进行拼接，由于模型文件较大，导入过程中及时清除模型的冗余数据，以便更顺畅的运行模型。

实景模型全部导入完成后，将主体结构后期数字模型进行导入，并根据现场已完成实体结构位置及尺寸数据，将数字模型进行位置调整，使二者方位信息吻合。

实景模型与主体结构后期结构模型融合后，可以直观展现构筑物周边环境信息及与既有建筑物的相对位置关系，相应尺寸数据也可方便获取。

将钢栈桥数字模型导入，通过选择不同的布设位置，进行碰撞检查，并且综合不同的布置方位的周边环境及场边道路信息，进行布设方案的优化，最终选择可行性高、最优性佳的方案进行辅助出图，并为现场施工提供参考。

三、应用总结

1、BIM+无人机摄影测量技术首先采用无人机摄影测量技术获取工程实景数据模型，链接拟建结构模型，实现BIM模型与实景模型的联动，可达到优化临时设施和永久设施、既有设施、场地的位置关系的目的。

2、BIM+无人机摄影测量技术可将不同时间节点施工现场实际情况进行实景建模，直观展现超大场地实际情况，为超大场地大型临时设施综合布置提供便捷高效的施工方法。

3、无人机摄影测量技术对大场面施工现场进行三维场景重建，依据重建模型可获取相关构筑物间尺寸信息，数据采集过程中可节省大量人、材、机的投入，从而达到减少资金投入的目的。

参考文献

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[5]  曹正响. 基于PixelGrid软件的无人机数据处理方法和技术探讨[J]. 测绘通报，2012(S1):436-437.