无人机实景三维BIM,结合在水利工程中的应用

时间:2019-07-19 来源:www.didittoo.com

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摘要:为满足水利工程全生命周期管理的需要,提出了无人机三镜大重叠摄影和多角度倾斜摄影联合作业模式,对实际工程进行三维建模。河南阜阳干平水库快速三维生成水泥模具和精密模具的技术过程,可以为基于BIM技术的水利工程生命周期管理提供技术支持,如水利工程投资分析,工程设计,施工和安全质量管理和水库移民。

关键词:无人机;真实的3D模型;水利BIM;粗糙模型;精度模型

前平水库位于渭河流域沙颍河支流北屯河上游。河南省沭阳县干平村是以防洪为主体,灌溉,供水,发电的大型水库。水库总库容为5.84亿立方米,控制盆地得到控制。面积为1325平方公里。干平水库工程是河南省重点水利工程,是“十三五”期间正在建设的172个重点水利工程之一。在现代社会,遥感技术已成为人类获取地理环境及其变化信息的重要高科技手段。本文采用多型无人机对不同传感器进行航空摄影,收集水库主要库区和当地重点建设区域的图像数据,制作水库真实场景的三维地理信息模型,并与设计一起使用。模型,以提高显示效果和辅助工程建设。管理,从BIM服务开始,为油藏设计,施工和运营提供全生命周期服务。

1无人机的低空遥感

1.1无人机平台

根据前平水库建设项目的施工要求,三维模型精密划分需要不同的作业区域,主要库区建立现实生活的三维粗模,当地大坝及附属设施等重点建设区域建立真实场景的三维模型。由于库区位于豫西伏牛山地区,地形较为复杂,适用于无人机航空摄影测量的数据采集和三维建模。本文选用长途固定翼油动无人机和电动六旋翼倾斜摄影无人机作为空间数据采集平台,采用联合作战建模的工作模式。无人机平台和设备如表1所示。

1.2无人机航拍

为了满足DOM生产的要求,固定翼无人机的航向和视频重叠分别设计为70%和40%。同时,对于关键施工区域,采用电动多旋翼无人机进行实时建模。使用后处理图像匹配精度和三维场景的真实恢复效果,通过降低飞行高度或在允许范围内使用短焦镜头来获得物体侧面的高清晰度纹理。地形高度差。表2显示了航空摄影指数的设计参数。

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1.3图像控制点布局

前坪水库主库区控制检查线呈不规则条状,河道地形特征贯穿中线。本文采用“内河线布局和周边角落控制”统一布局方案,共安排40个图像控制点。有6个检查站;关键施工区域为矩形区域,由四个角和两个区域控制点覆盖,有19个控制点和6个检查点。布置的控制点如图1所示。

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2水库真实场景的三维建模

采用固定翼无人机单透镜获得的正摄影图像和多旋翼无人机五透镜倾斜图像作为数据源,采用图像匹配色点云数据技术和三维网格优化算法实现自动3D重建和纹理映射。连接点重建纹理和重建约束,快速建立高精度油藏真实三维模型,成功应用于水利BIM。

2.1三维建模技术过程

将原始图像处理结果,POS数据等导入到Smart3DCapture软件中,通过图像粘贴,几何处理,自动匹配,TIN模型构造,纹理和构造等步骤实现实时三维建模。 3D模型。整个过程高度自动化,正射影像和倾斜图像完全集成并且空白,并为建筑物(结构)创建高密度不规则三角剖分,并自动粘贴纹理,如图2所示。 p>

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从图2中可以看出,通过处理库区域中的高重叠图像,获得了大量的关节点,并且在此基础上,建立了精细的TIN模型和三维白色模式,并且通过映射将高清晰度图像纹理映射到三维白色模具表面上。最后,实现了真实3D的真实制作。

2.2技术难点解决方案

在3D建模过程中,尽管所使用的软件是高度自动化的,但仍存在技术难题,例如POS和图像控制点坐标不一致以及未知的外部定向元素。为了确保模型的准确性,本文使用以下具体的手动干预步骤:

(1)由于卫星定位原始数据是WGS-84坐标系,因此在导入数据之前需要进行平面和高程坐标转换,以解决POS和图像控制点坐标不一致的问题。

(2)增加图像空间位置和姿态信息。为了使POS数据中的点名称与相应的图像名称完全匹配,使用Excel表格模板导入图像名称和POS数据。

(3)模型编辑处理。例如,修改碎片删除,表面修复等,将.3mx格式的磁贴转换为。obj格式,并将它们导入第三方软件(如Geomagic,3dsMax等)进行修改。修改后的模型以.obj格式导入Smart3D。执行更新处理或重新建模以生成.3mx格式的3D模型。

2.3建模精度和分析

3D建模的准确性是将测量模型上的检查点的三维坐标与场的测量值进行比较,并作为检测指标。根据实际试验,水库主要储层三维粗模平面误差为±0.5~1.0m,高程误差为±1.0~2.0m。关键施工区域倾斜摄影的三维精密检测点分布如图3所示。精度统计如表3所示。

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从表3可以看出,关键施工区域的三维建模精度可以满足水库建设的需要。然而,由于主要储存区域的飞行面积大且控制点数量相对较少,未受干扰的非测量相机具有相对大的失真。而且,关键结构区域的地形高度差异较大,即机载飞行所获得的图像颜色较暗,使点云匹配效果较差,导致某些水面匹配存在漏洞,水面与山体交汇处存在模型异常。手动编辑和修补。

3工程应用

利用无人机的低空遥感实现前平水库的真实三维模型,特别是三维精细模型已成功应用于水利工程BIM。将现实模型和虚拟模型叠加并整合到水利工程施工管理的整个生命周期中,使水利工程投资分析,设计,施工,管理等更加科学,准确,如图4-6所示。

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利用现实世界模型的高精度和现状,结合工程的开挖地址模型,可以准确计算工程量和工程投资,并与工程监理确定的工程量和工程投资进行比较。以达到项目的质量和进度。精细管理。现实世界模型和设计模型的结合不仅展示了项目建设完成的效果,而且更直观,更真实地展示了项目的进展。将无人机的三维建模技术应用于水利BIM具有重要的现实意义。

4结论

本文采用无人机单镜头大重叠摄影和多角度倾斜摄影组合操作模式,以河南平阳前坪水库为试验区,实现三维粗模精细快速生产。库区模具,以及粗模和精细模块化集成的技术过程。试验结果表明,3x1778无人机三维建模结果可以满足水利BIM应用和工程投资分析,工程设计,施工和安全质量管理以及水库移民的需要。

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