高陡坡山区路基施工无人机三维数字模拟施工工法

1前言三维数字模拟施工工法”,开发了专业的数据处理软件，测量工作的效率得到了安徽开源路桥有限责任公司于2019年5月至2020年6月，分别在都安至双福(都安段)旅游扶贫二级公路工程项目、广西东兰至大兴(都安段)旅游扶贫二2.1提出了“一种基于无人机拍摄测量工程土方量的方法”,实现测量数据2.2开发了《基于无人机航测成图的设计与实测数据对比处理软件V1.0》,计误差。2.3该工法实现了山区陡边坡的动态三维数字化控制，优化了设计、施工方3适用范围4工艺原理5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图确定航测区域确定航测区域技术设计相控点布设相控点测量航线规划空三加密检查影像资料下载影像点位砖度不完整图5.1-1无人外业机航测流程图图5.1-2无人机航测数据三维建模流程图道路实景三维图道路实景三维图导入道路设计中线及横断面线生成设计道路模型边坡支护方案编制方案优化路基施工方案编制解算道路工程量5.2操作要点5.2.1外业操作要点1、前期准备 (AOPA证),在飞行前对现场进行踏勘，确保飞行安全。在待飞段落进行现电检查(包括是否有自检、机臂航向指示灯是否闪烁、飞行器状态指示灯是否正常),挂载相机检查(安装方向是否一致、是否能触发拍照指令)。设备未安装2、仪器安装关P档和A档之间来回拨3次，无人机状态指示灯黄灯常亮进入指南针校准状态水平旋转无人机360°,无人机状态指示灯绿灯常亮；使无人机机头朝下，水平旋转360°直至无人机状态指示灯绿灯慢闪，完成校准。若指示灯红灯闪烁，表螺旋桨叶片展开成180°,安装挂载相机，注意挂载方向要保持一致，打开相机电池开关(按一下，再长按即可打开)观察是否有自动拍照的响声，有，即正常。遥控遥控器(右前角无标示按键)进行对地抓拍三张(拍照前进行镜头遮挡，可使用镜头箱遮挡)打开平板对数据进行上传，点击平板右下角对话框--平板模式--调整为windous界面，打开GS软件--GS组件打开航线库(右上角弯线图标识)--导入(在左上角的箭头)—-选择好航线-点击编辑()左下角航点属性按钮(地图两点标识)--速度(8m/s)--分段距离(根据起飞点和落地点进行灵活选择)--转向方式(协调转弯)全选--高度(根据作业区域设定)--协调转弯半径《整数=(航线间距÷2-确定--上传--选择航段--上传--前往飞行--开始3、现场控制点、水准点布设1)根据现场道路线形沿道路边缘每隔150-200m布设一个控制点，控制点的平面坐标可用GPS进行测量，平面坐标控制在3cm以内仪进行测量得到，高程精度要求达到±2.5cm,控制点布设在地势较平坦，且视2)每相邻的两个航线须有一定的重叠，且在重叠的部分需至少有两个控制3)在飞之前需及时观察控制点是否被物体遮挡，一定情况下需暂时封闭交通。4、航线规划5、航线上传、起飞地面站上显示的数据，每隔10秒或者电压数据变化时向飞手汇报无人机的各项参数(电压，水平速度，高度，姿态等)。6、机降落与查验数据5.2.2内业三维数字模拟技术要点及功能软件初始界面1)导入道路设计中线：2)导入道路设计横断面线：1)设置道路横断面参数◎面2)分析检查导入数据路基横断面路基☑中心线3)提取道路设计中线及横断面数据-19.8035,782.623,-19.6543,782.125,-9.66,768.466,0,755.26,6.76,748.296,10.2543,744.695,10.5524,744.683,10.5564,-21.784.264,-20.17,783.13,-19.8035,782.623,-19.6543,782.125,-9.66,768.466,0,755.26,6.76,748.296,10.2543,744.695,10.552-19.8065,782.633,-14.5,764.945,-13.5,764.905,-7.5,744.905,-6.8,744.877,-6.8,744.065,-5.7,744.065,-5.7,744.257,-5.25,744.27,-17.0197.772.744,-14.5,764.345,-13.5,764.305,-7.5,744.305,-6.8,744.277,-6.8,743.465,-5.7,743.465,-5.7,743.657,-5.25,743.675,-3.5.-13.9103,765.072,-13.7659,764.591,-9.33,758.828,0,746.71,4.63521,742.927,5.01207,742.62,5.2501,742.425,5.25309,-13.9133,765.082,-7.5,743.705,-6.8,743.677,-6.8,742.865,-5.7,742.865,-5.7,743.057.-5.25,743.075,-3.5,743.11,0,743.18,3.5,75、导入提取的道路设计数据并成图解算1)打开三维数据处理软件2)导入提取的设计图纸数据文件并成图30对3)生成设计道路模型置4)平整地形计算填挖方查看结果清除所有清除标注两点则距平级地形取消5)坐标、高差、斜距等数据测量6)计算相应段落填挖方量计算方量的相关参数设置计算相应段落填挖方量6、提供方案比选数据1)施工过程预演量取填方高度2)分析设计方提供的原地面测量数据与现场地形的契合程度。对比挖方段设计和实际数据对比填方段设计和实测数据3)为爆破等专项施工方案的安全评估提供直观的数据支撑。6材料与设备设备清单如下：序号名称规格单位数量用途1台12无人机台13笔记本电脑台1航向规划4台式电脑(高配)台2内业数据处理5无人机遥控器台1控制无人机飞行6无人机电池块3更换使用7三角架只2仪器固定8台1仪器操作9台1数据复核电子水准仪台1水准点布设6.2内业设备(数据处理软件)6.2.1设备结构特点软件具备能够导入并打开“.OSGB”格式的三维立体图。6.2.2功能特点2、软件支持DXF格式数据的提取与存储，可兼容DXF中的块、线型、块内颜色、扩展属性等信息。3、能够计算预设段落的填挖方量，并且可以将解算的数据以数据文本的形式输出。4、能够对地物以多点确定面进行平整，降低计算方量的粗差。5、软件可以生成道路成型后的模型，模型的尺寸能够与设计图中的实际数据相对应。量取立体图中设计路线的相应尺寸，与设计图中所给尺寸进行对比，如二者有差别，需重新提取并导入到立体图中。6、每个断面的填挖方面分别以不同的颜色进行填充，直观显示填挖方面的大小。在计算得到数据后，选择相应段落进行原地面数据测量及计算，将计算结果与软件计算结果进行比较，如航测多个段落的计算方量大于实测方量5%,需要再次航测。7、软件可以根据实际三维位图提取对应桩号的实际横断面线，提取的横断面线的精度可以设定。7质量控制7.1检查无人机合格证书是否齐全完好，所购置的保险是否过期，同时，在无人机正常航测前进行试飞，检查飞行效果是否正常。7.2检查无人机携带的多镜头相机是否能够正常工作，同时检查所拍摄的相片质量是否合格。7.3检查控制无人机航测的软件能否正常使用，及时更新到开发的最新版航测软件。7.4遵循《无人机航摄系统技术要求》(CH/Z3002-2010)、《低空数字航空摄影测量外业规范》(CH/Z3004-2010)、《低空数字航空摄影测量内业规范》等规范。7.5从无人下载系统中下载的POS数据个数要能够与相片的张数相对应，张数对应不上，需要查找原因，如没查找到，需重飞。7.6在进行数据处理时，需查找航测实地的坐标系及经纬度，检查导入的控制点是否在实地大致位置，如有明显偏差，需查找原因。7.7检查空三成图后显示的多镜头相机位置是否平整，如出现明显的分层或镜头结构分散，则需重新进行性空三设置并再次处理数据。7.8气温低于0℃、有雾、大风、光线暗或下雨、雪时停止航测。7.9在计算三维模型时，需设置与设计图纸相对应的参数，每个匹配的控制点需要在至少三个角度拍摄的相片中选取，每个角度的匹配点不少于3张相片。匹配完全线的控制点之后，需要查看“三维垂直错误”和“三维水平错误”是否在-0.03cm~+0.03cm范围内，如超过了这个范围，需要重新匹配相应的控制点。7.10根据处理器的内存大小设置每个模型的瓦片大小，达到内存的60%-80%为宜，不能超过90%。在模型中剔除部分不在我们想要区域内的瓦片。7.11三维模型解算完成后，需要检查图中控制点的三维坐标与实际现场所测坐标的偏差值，如果平均偏差值不在-3cm~+3cm范围内，需要查找原因，重新建立三维模型并处理数据。7.12通过开发的数据处理软件，提取设计图纸中的道路中线及横断面线，并呈现在三维立体图中，检查提取出来的三维立体横断面图的点位平面坐标及高程能否与设计图纸所给数据相对应，如不能对应，需重新提取并导入。7.13核对计算填挖量的数据能否与设计数据相对应，如不能对应需查看导入的设计图数据是否有误。8安全措施8.1制定专项安全施工方案，并由项目技术负责人及技术人员对现场施工人员进行安全技术交底。安全检查发现的隐患要及时整改，并认真制定整改计划，若危及职工人身安全的，必须采取可靠防护或停止作业。8.2项目部在飞前召开安全工作会议，利用各种会议和宣传工具，对职工进行安全生产教育，提高全员安全素质。8.3按照规范的规格、尺寸制做清晰醒目并具有反光功能的标志、标牌，在航测期间，发现标志牌有倒伏、缺损现象，进行及时的扶正、更换、增添。8.4凡进行航测的外业飞手，必须穿着带有反光标志的桔红色工作服或绿色反光背心，并应佩证上岗，证件应清楚的显示姓名、职务、和本人照片等。无人机在起飞及降落过程中，需有专人看管现场交通。8.5遵守劳动纪律，服从领导和安全检查人员的指挥，上岗作业时思想集中，坚守岗位，未经允许不得随意从事其它工种作业，不得酒后作业，不得在严禁烟火的场所吸烟用火。8.6严格执行本工种(飞手)安全操作规程，有权拒绝违章指挥，有责任制止他人违章作业。8.7现场无人机必须由取得专业资格证的飞手进行试飞操控，在检查无人机飞行情况正常后方可进行航测。操作人员必须经过培训考核合格持证上岗。各种机械要定机定人维修保养，做到自检、自修、自维有记录。9环保措施9.1严格执行国家现行的环保技术标准、规范，遵守国家和地方环保的有9.2执行《建筑施工厂界环境噪声排放标准》GB12523-2011规定的降噪限9.3现场的标志点需在航测完成后及时清理，以免引起错误的交通导向。9.4无人机包装设备及清理材料统一收集，不得乱丢乱弃，集中进行回收10.1经济效益10.1.1节省人工同样的测量条件，如果传统测量需要5人完成测量作业(外业实测和内业数据处理),采用无人机三维数字模拟技术只需要3人即可完成同样的工作量。10.1.2缩短工期无人机航测的作业效率高，例如广西东兰至大兴(都安段)公路工程项目，属于喀斯特地貌地形，全长31.5km,外业测量和内业数据处理大约需要126工日，而采用无人机三维数字模拟技术仅用37工日，缩短工期89工日。10.2社会效益10.2.1可快速确定施工方案本课题研究可以通过无人机三维数字模拟技术预先模拟的三维立体图进10.2.2降低安全风险因山区项目地处喀斯特地貌地区，高挖深填段较多，且多处测点在悬崖峭壁段，传统测量需要人工手拿肩扛测量仪器爬山进行测量作业，实测难度较大，10.2.3推动同行业科技进步11应用实例广西东兰至大兴(都安段)扶贫二级公路工程项目地处云贵高原向广西盆31.5km,测区有绝大部分是高挖深填地段，最大挖方高度127.3米，设计6级边地面(横断面)测量任务难以完成，需投入人员及时间较多，大概需花费126工日+3cm,