CN110083903A - 一种基于航拍与bim结合的土石方工程量计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，包括以下步骤：(1)利用无人机航拍进行原始影像信息采集；(2)通过测绘后期处理软件将原始影像转化带有纹理的点云数据模型；(3)将点云数据导入第三方处理软件转化处理；(4)将转化后的数据文件导入建模软件中构建原始地形模型；(5)通过建模软件在原始地形模型基础上，建立新的地形平面或地形模型。6)提取新地形与原始地形间的工程量差值。本发明基于航拍技术与BIM技术相结合的方式，利用无人机获取原始地形数据，通过逆向建模技术对原始地形数据进行处理，利用BIM软件获得三维模型，既节约了测量时间，又提高了建模效率，同时保证了数据精度。

Description

一种基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法
技术领域
本发明涉及复杂地形土石方工程领域，特指一种基于无人机与BIM软件相结合方式计算工程量的方法。
背景技术
随着城市发展日趋加快，中心区域可拓空间大幅缩小，因而发展重心逐渐转移到市区周边的场地，但由于周边区域大多地形繁杂，往往给设计与施工带来很多的难题。同时多数承揽的市政公用领域工程，大多地处偏远，地势崎岖。因此伴随而来的问题：因地形地势复杂和图纸不明确等因素造成建模难度大；土石方的工程量预结算中，往往因工程量偏差等而存在较大争议。而BIM的渗透介入恰好能为这些问题提供解决思路，利用自动化提取和创建的高精度信息模型，并在实际工程中基于模型进行分析应用，成为我们市政公用工程领域必要的研究方向。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，以解决土石方工程领域现有建模难度大，工程量难以计算等问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，包括以下步骤：
(1)利用无人机航拍进行原始影像信息采集；
(2)通过测绘后期处理软件将原始影像转化带有纹理的点云数据模型；
(3)将点云数据导入第三方处理软件转化处理；
(4)将转化后的数据文件导入建模软件中构建原始地形模型；
(5)通过建模软件在原始地形模型基础上，建立新的地形平面或地形模型；
(6)提取新地形与原始地形间的工程量差值。
进一步的，利用无人机航拍进行原始影像信息采集过程中，还包括：垂直正摄影，利用无人机采用“之”字飞行轨迹来回往返，在同一海拔面上进行垂直向下拍摄，采集影像；
倾斜摄影，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜方向即五个不同的角度采集影像。
进一步的，步骤(2)具体包括：利用ContextCapture、Pix4 Mapper或Photoscan实景建模软件，对采集的影像信息进行处理，将带有经纬度、海拔、拍摄角度信息的照片相互重叠的部分进行拟合，分析处理计算每个点位之间的关系，识别成带有矢量关系的密集点云数据，实现由二维影像到三维点云模型的构建。
进一步的，步骤(3)具体包括：将点云数据导入Civil3D或AutodeskCAD软件中进行处理，转换成具有高程性质的点、线数据。
进一步的，步骤(4)建模软件为Bentley Power Civil或Autodesk Revit。
进一步的，步骤(6)具体包括：通过Bentley Power Civil软件中“分析土方量地形模型”功能或通过Autodesk Revit软件中“平衡区域”功能实现新地形平面或模型与原地形模型之间的差量计算，以“填充”或“剪切”量的形式得到所需要的土石方工程填挖工程量。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明基于航拍技术与BIM技术相结合的方式，利用无人机获取原始地形数据，极大提高了测量效率，传统大面积地形测量加处理数据可能需要几天时间，而利用无人机倾斜摄影技术，测量地形并处理数据仅需要几十分钟。
2.通过逆向建模技术对原始地形数据进行处理，利用BIM软件获得三维模型，提高了建模效率，减少人工建模成本。传统方式绘制地形，可能需要几天甚至更长时间，而通过软件逆向建模仅需要几个小时。
3.利用无人机倾斜摄影技术，测量地形可提高测量精度，无人机测量数据精度可达到5cm，远远小于人工测量的偏差。
4.通过BIM模型直观看到土石方的工程量，后续可通过土石方量平衡调配，制作土石方流向图，最大程度减少土石方输入或外运，实现就近填挖，减少土石方工程成本。
5.通过BIM计算土石方工程量，最大程度上减少争议，在项目成本管控中，可发挥至关重要的作用。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图。
图2是通过本发明方法得到的原始与新建俩个阶段重合地形模型示意图。
图3是通过本发明方法得到的最终工程量的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明保护一种基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，具体如下：
(1)利用无人机进行采集原始影像信息。
采用无人机倾斜摄影方式获取信息：通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜方向即五个不同的角度采集影像，对施工场地进行航拍，视角范围呈带状，按次序包罗全部场地，最终实现对地形的大重叠覆盖拍摄。
(2)利用Photoscan实景建模软件为例，对采集的影像信息进行处理，将带有经纬度、海拔、拍摄角度等信息的照片相互重叠的部分进行拟合，分析处理计算每个点位之间的关系，识别成带有矢量关系的密集点云数据。
操作Photoscan软件具体步骤为：添加照片—对齐照片—建立密集点云—生成网络—生成纹理—生成DEM—导出点云
(3)将点云数据导入第三方处理软件过度转化。
一般来说，实景建模软件生成的文件，能够导出多种格式，我们可以根据需要，导出点云文件。通过导入到Autodesk CAD软件中处理，去除噪点，用Civil 3D将目标区域点云转换成具有高程性质的CAD点，输出为csv格式文件。
(4)此处以Autodesk Revit软件为例，讲述工程量提取过程。Autodesk Revit对带有经纬度、海拔、拍摄角度等信息的照片不能直接读取识别信息，需要通过上述某类实景建模软件对照片进行处理。运用专业的软件，来将二维影像构建成三维模型。此类中转软件能够将照片序列中，相互重叠的部位进行拟合，分析处理计算每个点位之间的关系，识别成带有矢量关系的密集点云数据，从而构建成点线面的三维信息模型。将上一步中处理好的点云文件导入Autodesk Revit建模软件，通过导入指定点文件创建地形功能，自动生成原地貌模型。同时，将生成的原地貌模型设为“现有”阶段。
(5)通过“平整区域”功能，创建土石方完工后的新地形模型。
通过“平整区域”中的“创建与现有地形表面完全相同的新地形表面”或者“仅基于周界点新建地形表面”功能，按照施工完成后的图纸调整场地地形点标高，得到新地形模型，将新地形模型设为“新构造”阶段。
至此，通过本方法中(4)与(5)俩个步骤，得到了原始与新建俩个阶段重合地形模型，见图2。
(6)当点选“新构造”模型时，默认选择“新构造”与“现有”俩个阶段的差量。至此，得到的净剪切/填充量，则为土石方填挖工程量，负值代表需要挖方，正值代表需要填方，见图3。
在上一步基础上可继续编辑地形模型，如要继续进行填挖方计算，则需将原地貌模型删除，将现地形模型修改为“现有”阶段，将新修改地形模型设为“新构造”阶段即可。
本发明基于航拍技术与BIM技术相结合的方式，利用无人机获取原始地形数据，通过逆向建模技术对原始地形数据进行处理，利用BIM软件获得三维模型，既节约了测量时间，又提高了建模效率，同时保证了数据精度。通过BIM模型直观看到土石方的工程量。后续可通过土石方量平衡调配，制作土石方流向图，最大程度减少土石方输入或外运，实现就近填挖，减少土石方工程成本。通过BIM计算土石方工程量，最大程度上减少争议，在项目成本管控中，可发挥至关重要的作用。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用无人机航拍进行原始影像信息采集；
(2)通过测绘后期处理软件将原始影像转化带有纹理的点云数据模型；
(3)将点云数据导入第三方处理软件转化处理；
(4)将转化后的数据文件导入建模软件中构建原始地形模型；
(5)通过建模软件在原始地形模型基础上，建立新的地形平面或地形模型；
(6)提取新地形与原始地形间的工程量差值。
2.根据权利要求1所述的基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，其特征在于，步骤(1)利用无人机航拍进行原始影像信息采集过程中，还包括：
垂直正摄影，利用无人机采用“之”字飞行轨迹来回往返，在同一海拔面上进行垂直向下拍摄，采集影像；
倾斜摄影，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜方向即五个不同的角度采集影像。
3.根据权利要求1所述的基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，其特征在于，步骤(2)具体包括：
利用ContextCapture、Pix4 Mapper或Photoscan实景建模软件，对采集的影像信息进行处理，将带有经纬度、海拔、拍摄角度信息的照片相互重叠的部分进行拟合，分析处理计算每个点位之间的关系，识别成带有矢量关系的密集点云数据，实现由二维影像到三维点云模型的构建。
4.根据权利要求1所述的基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，其特征在于，步骤(3)具体包括：
将点云数据导入Civil3D或AutodeskCAD软件中进行处理，转换成具有高程性质的点、线数据。
5.根据权利要求1所述的基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，其特征在于，步骤(4)建模软件为Bentley Power Civil或Autodesk Revit。
6.根据权利要求1所述的基于航拍与BIM结合的土石方工程量计算方法，其特征在于，步骤(6)具体包括：通过Bentley Power Civil软件中“分析土方量地形模型”功能或通过Autodesk Revit软件中“平衡区域”功能实现新地形平面或模型与原地形模型之间的差量计算，以“填充”或“剪切”量的形式得到所需要的土石方工程填挖工程量。
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