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      三維實景模型與BIM結合,傾斜攝影在水利改造工程中的應用

      更新時間:2021-11-16 點擊數:1180

      一、項目背景

      隨著我國水利行業信息化、智能化水平不斷提高,目前水利行業對水利勘測成果的要求也從傳統地形圖、斷面圖向著精度更高,信息更加全面的dom、dem、dsm及實景三維模型等數據形式轉換。

      三維實景模型與BIM結合,傾斜攝影在水利改造工程中的應用


      傾斜攝影技術能實現無接觸、高自動化、高精度的測量方式,既可以生成三維模型全景瀏覽,又可以對地物進行實時量測,還可以和BIM模型相結合進行水利工程的三維設計。特別在地形復雜的水利工程,三維模型展示效果更勝一籌。

      三維實景模型與BIM結合,傾斜攝影在水利改造工程中的應用


      本項目是寧夏水利水電勘測設計研究院有限公司承攬的寧夏青銅峽灌區續建配套與現代化改造工程(一期)。項目為渠道生產傾斜攝影模型(渠首、漢延渠),為項目的進一步設計改造提供基礎數據,通過三維實景模型與BIM的結合進行水利改造工程設計和規劃。


      二、測區概況

      本次項目位于寧夏回族自治區青銅峽市境內,隸屬于寧夏回族自治區吳忠市。位于黃河上游,寧夏平原中部,地處東經105°21′至106°21′、北緯37°36′至38°15′之間。東隔黃河與靈武市、吳忠市利通區相望,南以牛首山為界與中衛市中寧縣接壤,西依明長城同內蒙古自治區阿拉善左旗為鄰,北與永寧縣相連。測區為河西總干渠砌護好的渠道,周圍地勢平坦,附近無高層建筑,有少許信號塔及電塔,比較適合無人機的飛行。

      三維實景模型與BIM結合,傾斜攝影在水利改造工程中的應用


      三、航飛設計

      3.1?

      設備選用

      三維實景模型與BIM結合,傾斜攝影在水利改造工程中的應用


      本次項目無人機采用大疆經緯M300-RTK無人機與睿鉑 DG3-PSDK五鏡頭相機,具有重量輕、體積小、焦距合理、兼容性高、維護成本低等一系列優點。


      3.2?

      相控點布設

      航飛前,在測區內均勻布設像控點,本次測區總長23公里,共布設地面像控點85個,沿渠道兩邊呈“之”字形均勻分布??紤]到渠道兩邊均有道路,因此,像控點全部采用紅色油漆刷涂1m*1m、寬0.2m的“L”形標志,采點位置均選擇在內角。

      三維實景模型與BIM結合,傾斜攝影在水利改造工程中的應用


      利用RTK設備對測區內控制點進行測量,獲取像控點坐標(坐標系為平面為CGCS2000,高程采用國家85高程),用于提高模型的精度和數據成果的坐標轉換。


      3.3?

      航線規劃設計

      本次項目采用五鏡頭相機,結合測區形狀可通過軟件對測區進行帶狀飛行設計,以渠道的中心線為基準左右外擴150m,飛行高度200米,相應的地面分辨率為2.8cm/pixel,等距間隔拍照,航向重疊率設置為80%,旁向重疊率設置為70%。

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      四、數據處理

      本項目全長23公里,有效建模面積4.6km2,帶狀飛行采集影像共計34486張。本次數據處理采用ContextCapture Center Master軟件,4臺工作站進行集群處理,空三一次性通過,刺85個像控點,進行空三優化,部分精度對比如下:

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      五、模型效果

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      六、成果應用

      利用無人機低空遙感對實景三維模型,尤其是三維精細模型在水利工程BIM得到了成功應用,將實景模型與虛擬模型疊加融合應用于水利工程建設管理全生命周期,可以使水利工程投資分析、設計、施工、管理等更加科學精準,其特點為可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性。如下圖所示。

      三維實景模型與BIM結合,傾斜攝影在水利改造工程中的應用


      實現三維設計能夠根據3D模型自動生成各種圖形和文檔,而且始終與模型邏輯相關,當模型發生變化時,與之關聯的圖形和文檔將自動更新。


      設計過程中所創建的對象存在著內建的邏輯關聯關系,當某個對象發生變化時,與之關聯的對象隨之變化。實現不同專業設計之間的信息共享。各專業CAD系統可從信息模型中獲取所需的設計參數和相關信息,不需要重復錄入數據,避免數據冗余、歧義和錯誤。實現各專業之間的協同設計。某個專業設計的對象被修改,其他專業設計中的該對象會隨之更新。實現虛擬設計和智能設計。實現設計碰撞檢測、能耗分析、成本預測等。

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      利用實景模型的高精度及現勢性,結合工程的開挖地址模型,還可精確計算出工程量及工程投資,與工程監理確認的工程量及工程投資進行對比,從而實現對工程質量和進度的精細化管理。


      實景模型與設計模型聯合應用,既能展示工程建設完成后的效果,又能更加直觀真實地展示工程進展情況,將無人機實景三維建模技術應用于水利BIM具有重要的實際意義。

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      七、項目總結

      本次項目測區面積狹長,相對來說空三處理有困難,從像控點的制作,到傾斜攝影測量數據的采集完畢,再到傾斜模型的生成,耗時約兩周完成。

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      睿鉑DG3 PSDK重量輕、體積小、兼容性好可以有效延長無人機的飛行時間,達到更高的作業效率。同時相機焦距合理,無人機飛行200米的高度,達到2.8cm的地面分辨率,能夠滿足項目的成果要求,并且在后期軟件進行內業空三處理時候,減少出錯的可能性,能夠有效節省時間。模型的精度平面達到3cm、高程精度達到5cm的精度要求;在精度滿足甲方要求的同時,在模型的視覺效果上,顏色鮮艷,場景還原度高,讓人有身臨其境的感覺。


      目前傾斜攝影不僅能夠獲取豐富的空間影像,為設計工作提供基礎數據,還可以實現大眾級別的應用,特別在三維建模方面有突出的優勢。隨著水利行業智慧化、信息化管理水平不斷提高,未來傾斜攝影提供的多元數據必將在水利行業的方方面面得到更好的應用。


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