CN116778097A - 一种基于无人机倾斜摄影技术与bim技术的场地设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机倾斜摄影技术与BIM技术的场地设计方法，属于场地设计领域，解决了传统设计方法精确度不足的问题。本发明方法：利用无人机倾斜摄影技术对原地貌进行影像采集；进行地质勘查；将采集处理后的数据进行差分计算和空中三角测量计算，建立原地貌模型；依据地质勘察报告建立地质地层模型；将原地貌模型和地层地质模型结合起来形成原地貌三维实景信息模型；创建地块设计模型，将该三维面作为场地平整后的场地水准面；通过原地貌三维实景信息模型和地块设计模型，得到场平所需要填挖的土方量；统计出各类土层的填挖方量。本发明可准确测算场地现状与设计工作面之间的体积量，极大程度提高数据准确性以及场地设计精细化水平。

Description

一种基于无人机倾斜摄影技术与BIM技术的场地设计方法

技术领域

本发明属于场地设计领域，具体涉及一种基于无人机倾斜摄影技术与BIM技术的场地设计方法。

背景技术

随着时代的进步，城市建设已进入了精细化发展阶段，数字化的发展也已经成为了加快传统产业转型的重要方向。当下，伴着高新技术不断地涌现、BIM技术的快速发展，市场高端需求和期待也越来越高，对数字化和可视化的要求也越来越高。

BIM技术在建筑领域的应用已经比较成熟，为工程项目在全生命周期中提供高了可视化的三维数字技术模型，但在市政、公路领域的应用尚未普及。另一方面，无人机航拍航测技术可靠性不断提高，其便捷、高效的测量技术已经逐步代替传统测量技术在项目前期的应用。

传统的场平设计通过导入地形图，确定设计范围，转化地形图中的高程点，设置方格网间距，对场地进行填挖计算，最终生成填挖方图。其存在的问题：本身不够直观，场平处理的精度需要地形图精度来控制，通过离散的高程点来控制整个场平的填挖会导致精度不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无人机倾斜摄影技术与BIM技术的场地设计方法，以解决传统设计方法精确度不足的问题。

本发明的技术方案是：一种基于无人机倾斜摄影技术与BIM技术的场地设计方法，包括以下步骤：

步骤一、利用无人机倾斜摄影技术，对规划区域的原地貌进行影像采集，对数码照片预处理；

步骤二、对规划区域进行地质勘查，收集区域地层地质数据，进行土质条件数据整理，形成地质勘察报告；

步骤三、将采集处理后的数据进行差分计算，得到点云数据文件，再将影像数据导入到建模软件中，然后进行空中三角测量计算，然后选取空间参考系统或选择高斯-克吕格投影坐标系，裁剪工作面来建立原地貌三维实景数字高程模型，即原地貌模型；同时依据地质勘察报告建立区域的地质地层模型；

步骤四、将步骤三建立的原地貌模型和地层地质模型结合起来，在三维网格面下面创建不同地层立方体，从而形成原地貌三维实景信息模型；

步骤五、通过规划区域的规划路网信息，创建道路建筑信息模型，通过建模软件利用道路建筑信息模型的表面及道路建筑信息模型交叉口的高程，在规划区域范围内创建场地三维面，即地块设计模型，将该三维面作为场地平整后的场地水准面；

步骤六、通过步骤四创建的原地貌三维实景信息模型和通过步骤五创建的地块设计模型，利用BIM软件，通过布尔运算剪切两模型，得到两模型之间的立方体即为场平所需要填挖的土方量；

步骤七、通过测算软件将步骤六计算得到的立方体里面地层情况单独统计出来，可直观形象地分类计算统计出各类土层的填挖方量，从而完成场地平整。

通过以上七个步骤，建立工作面模型，并准确测算场地现状与设计工作面之间的体积量，直观体现各类土层的填挖方量，从而实现场地平整和竖向设计可视化与精细化设计。

本发明提供了一种在工程项目场地平整过程中用于准确计算各类土石方量的高可视化的数字模型测算方法。本发明为解决传统的场地填挖量测算方法精确度不足的问题，提出利用倾斜投影技术和地质勘探技术进行地形数据与地质资料的精确采集，运用BIM软件建立原地貌的全过程数字模型和设计地形模型，依托先进的测算软件来准确求解分类填挖方量的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1. 利用无人机倾斜摄影技术，对区域场地进行地理信息采集，包括坐标、高程、影像等数据。通过建模软件将采集的数字信息进行处理，建立实景三维模型或点云数据，形成高精度的三维数据模型，真实反映建设场地的地理信息，实现对区域场地实际现状的数字孪生，完成在软件端的真实场景数字转换。

2. 通过进行地质勘察，收集区域地层地质数据，对采集的地质样本进行分析整理，为区域地层地质模型的建立提供详实的地质数据，建立可以真实反映原始地表之下土质情况的地质模型。

3. 运用建筑信息模型（BIM）平台融合三维实景数字模型和三维地质模型，实现区域场地地表及地下全要素数字模型生成。根据工程实际需要，结合场地规划、地物、控制点等要素，进行三维场地设计，并建立设计地形模型，用以模拟场地施工完成后的工作面。

4. 基于融合地表、地下现状的数字模型和设计地形模型，运用BIM软件，测算出两模型三维面所包围的空间体积；结合地质相关参数（压实度、虚铺系数、含水率等），在测算（BIM）软件中，可分类计算出各类土层（包括石质等不同类别的地层）的填挖方量，并可生成直观、可视的三维图形，用于指导项目前期阶段的投资控制以及后期的施工安排。

本发明是一种普遍适用于大多数工程条件下的场地设计技术，通过对外业数据的收集处理，形成场地实际情况的数字模型，并建立设计工作面的三维模型，即可准确测算场地现状与设计工作面之间的体积量，又同时分类测算出各类地质层体积量，极大程度提高数据准确性以及场地设计精细化水平。通过采用倾斜摄影技术，在地表既有构筑物较多的情况下，也可准确收集地表数据，不会对地形模型的精确性产生太大影响，因此本发明普遍适用于各类场景下的场地设计。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是重叠度的计算示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

一种基于无人机倾斜摄影技术与BIM技术的场地设计方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤一、利用无人机倾斜摄影技术，对规划区域的原地貌进行影像采集，对于植被覆盖较少的场地，利用光学相机航拍，采集影像，收集原始地形数据；对于植被覆盖较多的场地，利用机载激光雷达进行航拍扫描，雷达光波透过植被，精准采集地表信息，从不同角度拍摄高重叠度数码照片并加入焦距、传感器尺寸、GPS、照片姿态参数、控制点等辅助数据；然后对数码照片预处理，通过不同角度拍摄数码照片，使照片携带不同位置的信息，并按照照片的不同角度进行分组，记录无人机拍摄参数。

步骤二、通过专业设备对规划区域进行地质勘查，清楚原地貌地层分布，勘察作业时保证足够的钻孔密度，收集区域地层地质数据，进行土质条件数据整理，形成地质勘察报告，提供真实的地质数据来建立真实的地质信息模型。

步骤三、将采集处理后的数据进行差分计算，得到点云数据文件，再将影像数据导入到建模软件中，然后进行空中三角测量计算，然后选取空间参考系统（当场地复杂时可根据需要设置控制点，场地不复杂则不需要设置控制点）或根据需要选择高斯-克吕格投影坐标系，裁剪工作面来建立原地貌三维实景数字高程模型，即原地貌模型；同时依据地质勘察报告建立区域的地质地层模型。建立区域地层地质模型时，结合地质勘查数据，用不同颜色及结构建立不同地层的不同土质，表现出原地貌的地层特征，形成地层地质模型。

步骤四、将步骤三建立的三维网格面原地貌模型和地层地质模型结合起来，在三维网格面下面创建不同地层立方体，从而形成原地貌三维实景信息模型， 可以数字化规划区域地层及地表信息，为后续精细化设计做准备。

步骤五、通过规划区域的规划路网信息（平面、交叉口高程、横断面），创建道路建筑信息模型，通过专业建模软件利用道路建筑信息模型的表面及道路建筑信息模型交叉口的高程，在规划区域范围内创建场地三维面，即地块设计模型，控制了规划区域进行场平之后的标高，将该三维面作为场地平整后的场地水准面。

步骤六、通过步骤四创建的原地貌三维实景信息模型和通过步骤五创建的地块设计模型，利用BIM软件，通过布尔运算剪切两模型，得到两模型之间的立方体即为场平所需要填挖的土方量；

步骤七、通过测算软件将步骤六计算得到的立方体里面地层情况单独统计出来，通过不同颜色及结构区分不同地层的不同土质，可直观形象地分类计算统计出各类土层的填挖方量，从而精细化、科学化地完成场地平整。

在整个过程中，精度的控制尤为重要，为保证模型精度，倾斜摄影时照片重叠度至少要达到 70%才能保证计算结果的准确性。图2是重叠度的计算示意图，如图2所示，设重叠度为W，H 为飞行高度，S为某一时刻在飞行高度H时飞行器拍照的范围，S1为飞行器在某一时段内飞行的距离，α为飞行器俯角，

则有：，

根据几何关系可求得：，

又有：，v为设定的飞行速度，t为设定的间隔拍摄时间，

所以：，

由此可知，只要根据现场情况控制好飞行速度和高度，就可以有效控制重叠度，从而控制精度。

本发明用于指导工程项目场地平整和竖向设计，通过操控无人机倾斜摄影技术拍摄大量高清照片，再通过BIM技术使这些图片成为三维模型，通过三维来进行场平计算，在处理模型中可以剔除构筑物（清除突兀点），使数据不会有特别大偏差，同时参照点也急剧增多，产生的数据也会更为精准且直观，实现场地平整和竖向设计可视化与精细化设计。

Claims (1)

1.一种基于无人机倾斜摄影技术与BIM技术的场地设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、利用无人机倾斜摄影技术，对规划区域的原地貌进行影像采集，对数码照片预处理；

步骤二、对规划区域进行地质勘查，收集区域地层地质数据，进行土质条件数据整理，形成地质勘察报告；

步骤三、将采集处理后的数据进行差分计算，得到点云数据文件，再将影像数据导入到建模软件中，然后进行空中三角测量计算，然后选取空间参考系统或选择高斯-克吕格投影坐标系，裁剪工作面来建立原地貌三维实景数字高程模型，即原地貌模型；同时依据地质勘察报告建立区域的地质地层模型；

步骤四、将步骤三建立的原地貌模型和地层地质模型结合起来，在三维网格面下面创建不同地层立方体，从而形成原地貌三维实景信息模型；

步骤五、通过规划区域的规划路网信息，创建道路建筑信息模型，通过建模软件利用道路建筑信息模型的表面及道路建筑信息模型交叉口的高程，在规划区域范围内创建场地三维面，即地块设计模型，将该三维面作为场地平整后的场地水准面；

步骤六、通过步骤四创建的原地貌三维实景信息模型和通过步骤五创建的地块设计模型，利用BIM软件，通过布尔运算剪切两模型，得到两模型之间的立方体即为场平所需要填挖的土方量；

步骤七、通过测算软件将步骤六计算得到的立方体里面地层情况单独统计出来，可直观形象地分类计算统计出各类土层的填挖方量，从而完成场地平整。