CN111898869A - 一种结合倾斜摄影、rtk和bim技术的土石方测量计算方法 - Google Patents

一种结合倾斜摄影、rtk和bim技术的土石方测量计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的本发明一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算方法，土石方工程量计算时计算出土方运输量m＝A‑B，m为正数代表有多余的土方需要运送出场地，m为负数代表还需要有额外的土方运送入场地；另外规划运输路径，设置优先级，第一优先级为开挖单价vw(x，y，z)和填埋单价vt(x，y，z)较低的网格处，第二优先级为运输单价v(x，y，z)较低的网格，在BIM软件中进行模拟分析，得出相应的土方平衡方案。在计算时充分考虑各个网格点的开挖单价填埋单价，运输单价以及沉降，通过多种因素的综合考量，得出最优的土方平衡方案。

Description

一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算方法
技术领域
本发明涉及一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算 方法。
背景技术
土石方平衡工作是指与原始场地相比，计算出设计标高面以上需要开 挖的土石方量和设计标高面以下需要回填的土石方量，进而可以推算出计 划运进或运出场地的土石方量。在基础开挖施工过程中，需最大限度减少 运进或运出场地土石方的工作。
土石方平衡工作最重要的内容是采集原始场地的实际高程，作为土石 方计算的重要原始数据，该数据的精度直接影响整个平衡工作成果的有效 性和科学性。传统方法为采用RTK测量设备对施工场地进行定点采集高程 的方法来获取原始数据，此方法将场地划分成若干边长相同的正方形方格 网，再将场地设计标高和测得的自然地面标高分别标注在方格网的角点上， 场地设计标高与自然地面标高的差值即为各角点的施工高度。然后分别计 算每一区域的挖填土石方量，最终把每一方格网内的土石方量相加得出最 终的挖填土石方量。由于施工场地面积往往较大，测量人员只能选取一定 作业间距进行测量，采集数据的效率较低，同时对于地形高差起伏较大的 施工场地，测得的土石方量误差会非常大，并且测量点为非永久性标识， 常常受到人为扰动或土方沉降而造成测量点数据无法复测验证。
专利号为201710119737的中国专利也公开了一种结合倾斜摄影、RTK 和BIM技术的土石方测量计算方法，然而该种方法没有考虑到人为扰动或 者土方沉降造成测量点数据变化的影响，另外实际每个网格点位的土方搬 运在实际发生过程中由于地形的限制会有不同的搬运成本的区别。因此如 何从经济角度考虑一个最优的方案，寻求一种结合倾斜摄影、RTK和BIM 技术的土石方测量计算方法使得使得土方搬运量以及综合成本最优化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种土方搬运量以及综合成本 最优化的一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算方法，其特 征在于包括以下步骤：
步骤一、目标区域环境勘察，
步骤二、目标区域四周布设像控点，
步骤三、开展飞行设备航摄作业，
步骤四、输出地形的点云数据；
步骤五、进行点云数据的校正；
步骤六、确认点云数据的精度；
步骤七、生成三维地形模型；
步骤八、土石方工程量计算，对三维地形模型进行挖、填模拟，计算 出需要挖填的土石方量，并用于土石方平衡工作；具体计算考虑以下参数：
第一、假定场地设计标高h，首先计算出场地设计标高h以上的需要 开挖的土方量A以及以下的需要填埋的土方量B，对应的开挖处的网格的 土方量为a(x，y，z)，对应的填埋处的网格的土方量为b(x，y，z)，上 述的x，y，z分别是相应网格处的三维坐标；
第二、测算根据不同位置处的开挖单价vw(x，y，z)和填埋单价vt (x，y，z)；
第三、测算根据不同位置处的运输单价v(x，y，z)；
计算出土方运输量m＝A-B，m为正数代表有多余的土方需要运送出场 地，m为负数代表还需要有额外的土方运送入场地；另外规划运输路径， 设置优先级，第一优先级为开挖单价vw(x，y，z)和填埋单价vt(x，y， z)较低的网格处，第二优先级为运输单价v(x，y，z)较低的网格，在BIM 软件中进行模拟分析，得出相应的土方平衡方案。
作为一种优选，需要考虑运输车的大小型号装载量以及单价，根据运 输车满载、半载以及空载进行逐一分析计算，再次在BIM软件中进行模拟 分析，进行修正分析。
作为一种优选，测量填埋的相应网格的面积，以及相应网格面积对应 处的沉降量，根据具体网格处的填埋土方量b(x，y，z)计算出相应位置 处的填埋预设值b’，b’等于同一平面网格坐标下不同高程的填埋土方量 总和。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算方法在 计算时充分考虑各个网格点的开挖单价填埋单价，运输单价以及沉降，通 过多种因素的综合考量，得出最优的土方平衡方案。
具体实施方式
本发明涉及的一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算 方法，包括以下步骤：
步骤一、目标区域环境勘察，在制定测量实施方案之前应对目标区域 环境进行勘测，包括目标区域植被情况、气候条件等。只有在天气各方面 状况良好以及地表完成清理工作后，才具备外业测量实施的条件；
步骤二、目标区域四周布设像控点，首先通过目标区域勘测院提供的 至少两个坐标点对RTK设备进行坐标系校正，然后在目标区域的场地轮廓 线四周寻找平坦位置布设不少于三个像控点并进行编号标识，在目标区域 内寻找平坦位置布设不少于三个校验点并进行编号标识，最后使用RTK 设备对像控点和校验点进行逐个测量，记录坐标信息；
步骤三、开展飞行设备航摄作业，首先利用飞行设备的飞行控制软件 对目标区域进行规划，规划内容包括飞行高度、飞行范围、飞行路线。为 了保证图像信息的有效性，飞行范围要大于目标区域的范围，当目标区域 的范围超过飞行设备单架次航摄区域时，相邻两个航摄区域间至少有一条 飞行路径重叠，每张倾斜摄影图像需保证与相邻图像存在70％及以上的重 叠度，并以拍摄顺序编号保存；
步骤四、输出地形的点云数据，将飞行设备的倾斜摄影图像导入实景 成像软件中，软件自动完成飞行设备POS(Positioning and Orientation System，定位定姿系统)数据和图像传感器的信息提取，然后对获取的倾 斜摄影图像进行色彩纠偏，图像畸变校正，空三加密(即解析空中三角测 量，利用测区中影像连接点的像点坐标和少量的已知像点坐标及其大地坐 标的地面控制点，通过平差计算，求解连接点的大地坐标与影像的外方位元素)等处理，输出具有地理色彩纹理的点云数据；
步骤五、进行点云数据的校正，在可视化点云文件中选择像控点标识 位置的对照点，将对照点坐标替换成像控点的三维坐标，完成标识后，实 景成像软件对像控点与对照点三维坐标之间进行加密运算，完成所有点云 数据的坐标系转换和三维坐标精度校正；
步骤六、确认点云数据的精度，在校正后的点云文件中点选校验点的 对照点，记录对照点的三维坐标，与校验点三维坐标进行误差计算，如果 误差较大，可以通过增加像控点和增加倾斜摄影图像分辨率来减小误差， 直到点云精度满足使用要求；
步骤七、生成三维地形模型，将符合精度要求的点云文件导入到BIM 软件中经过三维网格化、网格渲染，生成具备几何属性的三维地形模型；
步骤八、土石方工程量计算，对三维地形模型进行挖、填模拟，计算 出需要挖填的土石方量，并用于土石方平衡工作；具体计算考虑以下参数：
第一、假定场地设计标高h，首先计算出场地设计标高h以上的需要 开挖的土方量A以及以下的需要填埋的土方量B，对应的开挖处的网格的 土方量为a(x，y，z)，对应的填埋处的网格的土方量为b(x，y，z)，上 述的x，y，z分别是相应网格处的三维坐标；
第二、测算根据不同位置处的开挖单价vw(x，y，z)和填埋单价vt (x，y，z)；
第三、测算根据不同位置处的运输单价v(x，y，z)；
综合上述的分析，计算出土方运输量m＝A-B，m为正数代表有多余的 土方需要运送出场地，m为负数代表还需要有额外的土方运送入场地；另 外规划运输路径，设置优先级，第一优先级为开挖单价vw(x，y，z)和 填埋单价vt(x，y，z)较低的网格处，第二优先级为运输单价v(x，y， z)较低的网格。在BIM软件中进行模拟分析，得出相应的土方平衡方案。
另外由于一般在场地设计标高h上方开挖后不会存在沉降，因此开挖 时不需要考虑沉降因此，而在填埋后的土方存在沉降，因此需要测量填埋 的相应网格的面积，以及相应网格面积对应处的沉降量，根据具体网格处 的填埋土方量b(x，y，z)计算出相应位置处的填埋预设值b’，b’等于 同一平面网格坐标下不同高程的填埋土方量总和，根据对应平面网格坐标 系下填埋高程的不同以及沉降系数计算得出填埋预设值b’；b’一般会大 于b；考虑后期沉降，因此填埋处需要进行溢出式填埋，也即填埋预设值 b’大于b，根据每个网格点的填埋深度计算不同网格点对应的平面网格最 顶面处的填埋高程。
另外需要考虑运输车的大小型号装载量以及单价，根据运输车满载、 半载以及空载进行逐一分析计算，再次在BIM软件中进行模拟分析，进行 修正分析，运输车只考虑满载和空载，不考虑半载情况，因此满载性价比 最高，空载次之，而半载性价比最低。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限 制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利 保护范围之内。

Claims (3)

1.一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、目标区域环境勘察，
步骤二、目标区域四周布设像控点，
步骤三、开展飞行设备航摄作业，
步骤四、输出地形的点云数据；
步骤五、进行点云数据的校正；
步骤六、确认点云数据的精度；
步骤七、生成三维地形模型；
步骤八、土石方工程量计算，对三维地形模型进行挖、填模拟，计算出需要挖填的土石方量，并用于土石方平衡工作；具体计算考虑以下参数：
第一、假定场地设计标高h，首先计算出场地设计标高h以上的需要开挖的土方量A以及以下的需要填埋的土方量B，对应的开挖处的网格的土方量为a(x，y，z)，对应的填埋处的网格的土方量为b(x，y，z)，上述的x，y，z分别是相应网格处的三维坐标；
第二、测算根据不同位置处的开挖单价vw(x，y，z)和填埋单价vt(x，y，z)；
第三、测算根据不同位置处的运输单价v(x，y，z)；
计算出土方运输量m＝A-B，m为正数代表有多余的土方需要运送出场地，m为负数代表还需要有额外的土方运送入场地；另外规划运输路径，设置优先级，第一优先级为开挖单价vw(x，y，z)和填埋单价vt(x，y，z)较低的网格处，第二优先级为运输单价v(x，y，z)较低的网格，在BIM软件中进行模拟分析，得出相应的土方平衡方案。
2.根据权利要求1所述的一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算方法，其特征在于需要考虑运输车的大小型号装载量以及单价，根据运输车满载、半载以及空载进行逐一分析计算，再次在BIM软件中进行模拟分析，进行修正分析。
3.根据权利要求1所述的一种结合倾斜摄影、RTK和BIM技术的土石方测量计算方法，其特征在于测量填埋的相应网格的面积，以及相应网格面积对应处的沉降量，根据具体网格处的填埋土方量b(x，y，z)计算出相应位置处的填埋预设值b’，b’等于同一平面网格坐标下不同高程的填埋土方量总和。
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