基于无人机技能的修建工程项目实景快建办理计划

1弁言

新建､改建､扩建等各种工程,都是基于现有施工情况和园地条件来举行的｡尤其在既有修建的改革工程中,对原地形的勘察在项目园地计划､施工摆设､交通构造等方面有着非常紧张的作用｡随着无人机倾斜拍照技能精度的渐渐进步,其建模质量也趋势稳健,使无人机实景模子帮助施工现场治理成为大概,也为数字化都会设置装备摆设提供一种思绪｡

2工程表面

浙江省温州市文成县城镇管网改革工程是PPP项目,包罗大峃镇､黄坦镇等五个片区的旧城镇管网改革,共计新建给水､污水､雨水､电力､综合通讯及燃气管道总长约650km｡因项目工程量大,遂拔取该项目中典范小区向阳小区的管网改革事情为研究主体｡向阳小区位于文成县栖霞路和向阳路交织口的西南侧,占地约20000m²｡包罗20余栋6层~8层不规章民建,是砖混布局的住宅,高度30m左右｡小区东低西高,高差4m~5m,园地内衡宇排布非常精密,楼栋间间隔最小处不敷2m,小区东面对河,西南角､西面及北面有小高坡,给无人机航拍实景增添了难度｡

3应用道理及近况

3.1应用道理

三维实景建模的理论依据是多视角立室的观点,以图像为素材构建实景模子,充实使用地面统一地物的差别视角影像,通过统一个像素点在差别照片中的图像举行空中三角丈量运算来举行定位,天生点云,形成三维网格,联合三维纹理,形成三维实景模子｡基于现在的算法,模子重修工具的每一部门至少必要在3个差别视点举行拍摄,且相邻两张照片重叠部门应凌驾60%(见图1)｡影像可以通过各种设置装备摆设收罗,生产模子的精度与照片精度及设置装备摆设位置信息的正确度相干｡

图1图像特性立室表示图

3.2应用近况

现在,无论国内,照旧外洋,使用无人机创建的实景模子,其精度都还不敷以支持模子的深入应用｡别的,无人机航测园地的不确定性以及差别无人机自己的硬件参数改变多样,航拍软件的参数设置尺度又不雷同,倾斜拍照丈量涉及的各个参数之间的干系也未举行过体系理论的阐发,没有形成同一尺度范例｡

4技能门路简直定

通过理论进修,联合项目现实,确定团体方案的实现路径(见图2),通过软硬件比拟,联合实践,形成完备办理方案｡

图2技能门路表示图

5软硬件的选择

5.1无人机的选择

综合思量无人机性能､项目实用性和经济性,采纳“大疆Phantom4Advanced+”的单镜头无人机,其重要参数见表1｡

表1单镜头无人机重要参数重要参数

传感器尺寸镜头相机像素镜头可转动范畴镜头偏差设置装备摆设25.4mm(1in)CMOSFOV84°8.8mm/24mm(35mm款式等效)f/2.8-f/11带主动对焦(对焦间隔1m至无穷远)2000万像素俯仰:-90°至+30°±0.02°5.2航路计划软件的选择现在,航路计划软件浩繁,本项目采纳大疆自有航路计划软件“DJIPilot”作为航路计划东西,能与硬件更兼容｡

5.3模子天生软件的选择对多款模子生产软件举行比拟,思量后期对模子数据的综合应用,确定选择ContextCapture软件作为模子生产软件｡CC软件的上风重要以下几点:

①操纵简洁,对比片的质量､款式选择度不高;

②三维模子成效传神;

③支持多种数据款式,如OSGB､OBJ等通用款式;

④模子精度相对较高｡但缺点也很显着:内存需求大,导致大模子必要分多块举行生产;模子生产速率相对较慢｡

5.4盘算机设置装备摆设的选择

盘算机设置装备摆设需餍足CC软件举行模子生产,发起运行设置装备摆设如下:

①内存,软件对内存需求比力高,以64G以上为佳,至少16G,但模子生产时间会较长;

②体系,发起Windows7/1064位体系,软件测试相对稳健;

③CPU,8焦点CPU,普通必要包管CPU的频率较高就好,发起2.4GHz以上;

④显卡,较新版的NVIDIAGeForce系列显卡即可;

⑤硬盘,亲测利用高速SSD固态硬盘,能加速建模速率｡

6数据收罗

本节全部发起利用的参数,都基于利用“大疆Phantom4Advanced+”无人机举行倾斜拍照建模历程中得到的履历值｡在数据收罗历程中,应及时细致飞机上内存容量是否餍足影像数据存储的要求｡

6.1情况要求风力要求

依据无人机利用阐明书操纵即可,普通要求风力不大于3级｡飞行历程中,操纵器上风力警报提示麋集,且单次报警连续时间凌驾1s,应马上停飞｡其他情况要求:作业时间普通选择9:00~15:00之间,光照适中;无雾霾,无雨;氛围能见度高,情况光呈漫反射状态｡

6.2无人机参数､门路设定

6.2.1门路设定

DJIPilot软件航路设定为全主动盘算设定,通过设定航路范畴,主动计划航路｡航路范畴可设定为恣意多边形｡设置时,只管即便缩小范畴以淘汰飞行时间和飞行数据量｡航路范畴不宜凌驾3万m2(随电池容量及其他飞行参数调解),以淘汰因重复起落无人机而耗电,也幸免差别时间段光芒条件的对建模精度的影响｡

6.2.2航高飞机在收罗影像数据时,飞行所设定的离均匀基准面的垂直间隔称为航高｡航高分为相对航高和肯定航高｡以作业地区范畴内的基准面为起算面的垂直高度界说为相对航高,而相对航高和分区内基准面标高之和称为肯定航高｡公道的调治航高可以进步数据收罗服从,得到抱负的相片辨别率,减小遮挡面积｡航高以高于最高修建物15m~20m为佳,可得到精良相片质量且飞行数据量较小｡航高及镜头倾斜度设定后,要查抄5条航路的轨迹,幸免航路碰撞高耸物体｡航测历程中,单项使命必要多次腾飞的,腾飞位置应只管即便雷同,不然,会导致现实飞行高度差别,丧失相片数据质量｡

6.2.3飞行速率普通设置

飞行速率不凌驾8m/(s履历值),高速飞行收罗的影像点简单孕育发生必然位移,导致模子质量不高｡

6.2.4航向重叠度航向重叠又称为“纵向重叠”｡指航空拍照中统一航路上的相邻相片中有统一地面影像部门(假设地面程度)｡数据收罗历程中,沿航向重叠部门与整个相片的长度之比,称为“航向重叠度”｡依据飞行履历及建模比力,要求航向重叠度设置为75%以上｡设置为80%时,模子质量较高;设置为80%以上,模子质量提拔不显着,故推举设置为80%｡

6.2.5旁向重叠度

旁向重叠又称为“横向重叠”｡指航空拍照中两条相邻航路上所拍摄的相片中有统一地面影像,旁向重叠部门的长度与整个相片长度之比,为“旁向重叠度”｡普通要求旁向重叠度设置为60%以上｡重叠度设置为75%时,模子质量较高｡设置为75%以上,模子质量提拔不显着,故推举设置为75%｡

6.2.6相机倾角

相机倾角指的是侧向相片拍照历程中,相机镜头倾斜的角度｡软件普通以程度偏向为0°,镜头竖直向下为-90°｡倾斜角以设置为-45°最为广泛,但现实操纵中该当思量多方面身分｡

①-45°的航路会飞出航测地区周边较大间隔,尤其飞行高度较高时,一定查抄碰撞确定航路宁静｡

②航测地面修建物麋集且修建物高度弘远于间距时,一定得当调小倾角(指视角与地面更趋势垂直),以包管修建物之间地面数据的收罗｡细致相机倾角越小,航高越低,测绘同样面积的影像数据量就越大,设置历程中也应予得当思量｡

7模子生产模子

生产软件道理根本上相近,模子生产根本门路如图3所示｡

图3 模子生产根本路径

7.1软件先容

ContextCapture采纳了主从模式(Master-Worker),分别是ContextCaptureMaster和ContextCaptureEngine｡ContextCaptureMaster是软件的主模块｡重要用于输入数据,设置模子生产参数,提交历程使命,监控使命的处置惩罚历程及处置惩罚效果,并举行可视化输出等｡Mas‐ter自己并不实行处置惩罚历程｡ContextCaptureEngine是软件的事情模块｡它卖力吸收并阐发处置惩罚Master赐与的使命,在盘算机背景运行,自己不与用户交互｡

7.2模子生产流程

模子生产流程重要包罗导入相片,设置相机属性,提交空中三角丈量盘算,重修参数设置,模子生产五个关键｡

1)导入相片､设置相机属性相片导入前,应先对相片举行处置惩罚｡“大疆Phantom4Advanced+”无人机天生的影像图片自带位置信息及相机信息,只必要查抄照片是否有变形､曝光｡相片导入完成后,举行完备性检测｡

2)提交空中三角丈量盘算按默认设置,举行空三运算｡

3)重修参数设置待空三运算完成后,点击新建重修项目按钮,点选空间框架,对模子生产举行分区块设置｡选择分块要领,细致设置瓦片的巨细,以预期RAM利用量不凌驾电脑RAM的50%为佳｡

4)模子生产完成重修参数设置后,点击提交新的生产项目,在输特别式中选择目的款式｡

5)结果导出支持导出为3mx､fbx､obj､osgb､dae､stl等款式,可以采纳Acute3DViewer举行扫瞄,也可以导入microstation中与BIM模子举行集成,或将兼容款式fbx､dae文件导入3dmax､Fuzor､Lumion等BIM软件举行模子整合､动画制作或场景周游,输出STL款式则可对接3D打印机｡

图4 空三点密度图

8存在题目及结果总结

8.1存在题目航测软件智能水平不高,不克不及主动躲避门路上的高耸物,一定设置较高航高避开高耸物,是以,导致相片质量欠安｡

①电池题目,本次利用的飞机,单次飞行只能完成航速10m/s､航路长3km的事情量,航速再快则无法包管无人机拍摄历程中的姿态｡

②对付由于遮挡导致数据天生错误的部位,不克不及实现编辑修改,也没有对三维数据举行批量处置惩罚的软件东西｡

③模子无法清除植被造成的失真｡

④没有符合的软件对三维数据款式文件举行归并､剖析､转换及编辑操纵｡

8.2结果总结

以管网改革工程改革前的地形勘察作为研究契机,使用无人机举行了差别参数的影像数据收罗,通过ContextCapture软件实现模子生产,并对模子举行质量比拟,得到较高精度实景模子如图5-6｡模子表皮信息根本完备,颠末现场实测,程度向及高程偏差均在40mm以内｡已能餍足本项目施工摆设､地下管线排布优化以及联合BIM技能做城镇数字运维的必要,但进一步深入地应用,还必要依靠更高精度的模子,以及模子数据款式的开放｡必要飞行航拍硬件､航路计划软件以及模子生产､编辑软件有进一步的突破｡

图5 向阳小区实景模子

图6 向阳小区实景模子（去纹理）