一種工程測(cè)量新方法的研究

韓飛落

【摘要】采用GPS技術(shù)、BIM+VR技術(shù)，在VR設(shè)備中植入GPS差分定位芯片，實(shí)現(xiàn)在空曠地區(qū)VR設(shè)備精確定位。同時(shí)，將操作者精確定位于BIM模型中，實(shí)現(xiàn)VR設(shè)備中BIM模型的精確定位。在BIM模型及VR設(shè)備的精確定位之后，操作人員通過(guò)穿戴VR眼鏡，在視界中的地面上直接顯示待放樣點(diǎn)位置，操作人員直接做好點(diǎn)位標(biāo)記即可完成放樣工作，實(shí)現(xiàn)可視化放樣。該裝置還適用于狹窄、遮擋嚴(yán)重等區(qū)域，克服了傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備的短板。

【關(guān)鍵詞】GPS;VR;CORS;網(wǎng)絡(luò);可視化

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.096

1、概況

目前，國(guó)內(nèi)、外工程測(cè)量定位方法主要有GPS-RTK、全站儀+棱鏡、經(jīng)緯儀+鋼卷尺等。GPS-RTK雖然能保證工作效率，不受通視條件限制，但是對(duì)于精密工程，無(wú)法保證測(cè)量精度，且當(dāng)有障礙物遮擋時(shí)，對(duì)精度影響較大;全站儀+棱鏡法雖然能保證精密工程測(cè)量精度，但是效率較低，且受通視條件影響較大;經(jīng)緯儀+鋼卷尺法僅適用于小范圍作業(yè)，且作業(yè)效率低、精度較差、受通視條件影響大等。

以上方法均不能兼顧精度、效率和成本，使用條件限制因素較多。隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)呈規(guī)模化、綜合化和復(fù)雜化發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)工程測(cè)量方法已日趨不能滿足需求。當(dāng)前規(guī)模較大的綜合性工程，基本上綜合使用了上述三種傳統(tǒng)測(cè)量方法。但是，上述測(cè)量方法本身存在的弊端同工程施工越來(lái)越高的要求之間的矛盾越來(lái)越突出。隨著建筑施工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，亟需一種新的測(cè)量方法和設(shè)備用來(lái)保證測(cè)量施工工藝的適用性和先進(jìn)性。

2、新方法研究思路

限于當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)、VR技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展速度，BIM+VR測(cè)量技術(shù)目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用，本研究思路作為未來(lái)工程測(cè)量新方法的探索，以期在未來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)或?yàn)樾袠I(yè)內(nèi)人員突破現(xiàn)有測(cè)量方法提供參考。

2.1 新設(shè)備的研發(fā)

該新技術(shù)需要使用GPS差分定位技術(shù)和VR技術(shù)，因此，需要對(duì)VR設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并植入高精度測(cè)地型雙頻GNSS接收機(jī)芯片（兼容GPS、BDS、GLONASS等定位系統(tǒng)），GNSS接收機(jī)具備靜態(tài)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量功能。GNSS接收機(jī)既可以植入到VR后臺(tái)設(shè)備，也可以植入到VR移動(dòng)終端設(shè)備。

VR移動(dòng)終端與后臺(tái)主機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（兼容5G及以上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、連續(xù)性、準(zhǔn)確性和保密性）連接，數(shù)據(jù)傳輸距離不宜小于50km。VR移動(dòng)終端設(shè)備設(shè)計(jì)成便攜式眼鏡裝置。鏡片既可以當(dāng)作模型顯示的屏幕，也應(yīng)具有普通眼鏡的透視性，保證穿戴人員行走時(shí)的安全和便利。

VR設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)大型BIM模型載入及模型輕量化處理功能。BIM模型事先通過(guò)Revit軟件進(jìn)行全區(qū)域建模并保證建筑結(jié)構(gòu)位置、尺寸的準(zhǔn)確性。模型中應(yīng)將場(chǎng)區(qū)內(nèi)、外測(cè)量控制點(diǎn)包含在內(nèi)，并保證其位置的準(zhǔn)確性。

為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能和人機(jī)交互，還需要開(kāi)發(fā)手持終端設(shè)備，內(nèi)置專業(yè)測(cè)量系統(tǒng)。支持BIM模型導(dǎo)入、數(shù)據(jù)傳輸、模型數(shù)據(jù)提取、常規(guī)工程測(cè)量所需功能等。手持終端設(shè)備還需兼容VR手柄功能，支持操作人員在模型中自由漫游。

為了實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)量，在手持終端設(shè)備中嵌入智能AI芯片，輔助操作人員完成大量復(fù)雜而又重復(fù)的工作。比如，自動(dòng)識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記的測(cè)量點(diǎn)并采集坐標(biāo)后反饋到模型中，與模型相應(yīng)位置的理論坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比并生成測(cè)量誤差數(shù)據(jù)對(duì)比表格，供操作人員復(fù)核測(cè)量成果。

2.2 新方法工作原理

新方法工作原理主要由以下三部分構(gòu)成：

2.2.1模型定位

在Revit軟件中，通過(guò)Autodesk Point Layout插件，利用施工坐標(biāo)系控制點(diǎn)坐標(biāo)將BIM模型定位至施工坐標(biāo)系中。這樣，BIM模型中任意位置的空間坐標(biāo)即為施工坐標(biāo)系坐標(biāo)。

2.2.2 VR終端設(shè)備（VR眼鏡）定位

為了保證操作者能夠以第一視角準(zhǔn)確地“看清”BIM模型中各部位的位置，VR眼鏡必須準(zhǔn)確地定位至BIM模型場(chǎng)景中。因此，需要將VR眼鏡通過(guò)測(cè)量基座與測(cè)量三腳架連接在一起，并準(zhǔn)確地架設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)施工控制點(diǎn)上。利用CORS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行GPS-RTK點(diǎn)校正，依次校正至少3個(gè)均勻分布的控制點(diǎn)，其中高程控制點(diǎn)至少3個(gè)。VR眼鏡只需要進(jìn)行一次全區(qū)域點(diǎn)校正，之后每次測(cè)量前及結(jié)束后均需校核1個(gè)控制點(diǎn)。

2.2.3放樣

操作者戴上VR眼鏡，通過(guò)手持終端設(shè)備打開(kāi)模型后，可以切換模型場(chǎng)景是否投影到VR眼鏡。在手持終端設(shè)備上可根據(jù)模型構(gòu)件的類型和特征批量選擇并生成特征點(diǎn)坐標(biāo)，同時(shí)在模型中顯示點(diǎn)名。根據(jù)需要，選擇需要測(cè)量的點(diǎn)，則VR設(shè)備上閃爍顯示（或其他形式）當(dāng)前需要測(cè)量的點(diǎn)的位置。操作人員根據(jù)VR眼鏡中的提示，在施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地上可以直接“看到”該測(cè)量點(diǎn)，只需將該點(diǎn)在工作面上標(biāo)記出來(lái)就能完成該點(diǎn)測(cè)量。以此類推，即可完成其他位置的測(cè)量工作。

對(duì)于隱蔽、遮擋嚴(yán)重或者通視條件差的區(qū)域，該測(cè)量新技術(shù)都可以適用。該測(cè)量新技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸及交換全部通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，只要有互聯(lián)網(wǎng)的地方，均可應(yīng)用該技術(shù)。操作人員在BIM模型中的空間位置，隨著人員的移動(dòng)，人員在現(xiàn)實(shí)與虛擬空間上的位置實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)同步變化并保持一致、比例尺相同。

2.2.4測(cè)量及復(fù)核

通過(guò)VR眼鏡的測(cè)量技術(shù)，將所有放樣完成的點(diǎn)采集至設(shè)備中，并與模型中該點(diǎn)的理論位置進(jìn)行自動(dòng)匹配和校核。最后，以測(cè)量誤差表格的形式導(dǎo)出，供測(cè)量人員檢查、核對(duì)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)自于模型，最終又回到模型，達(dá)到測(cè)量數(shù)據(jù)閉合驗(yàn)證、復(fù)核測(cè)量成果的目的。

3、新方法優(yōu)勢(shì)

將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬空間結(jié)合在一起，以虛實(shí)結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了真正意義上的可視化測(cè)量。實(shí)現(xiàn)了戴上VR眼鏡就能在待測(cè)量區(qū)域“看到”需要測(cè)量的點(diǎn)的實(shí)際位置，操作人員直接做好點(diǎn)標(biāo)記即可。大幅度地提高了測(cè)量效率，降低了測(cè)量出錯(cuò)率。新方法采用一套模型、一次性定位，避免了誤差累積。

整個(gè)過(guò)程只需要一個(gè)人、一套設(shè)備，節(jié)約了至少50%的人力資源。實(shí)現(xiàn)了平面和高程同步測(cè)量，節(jié)省了大量的常規(guī)測(cè)量?jī)x器設(shè)備，新方法大幅度地降低了施工成本。

結(jié)語(yǔ)：

該測(cè)量新方法一舉打破了傳統(tǒng)工程測(cè)量格局，可以為整個(gè)行業(yè)大大減輕對(duì)進(jìn)口設(shè)備及零部件的依賴，加快了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)和設(shè)備淘汰及轉(zhuǎn)型的步伐。

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