基于無人機航攝測量的施工管理系統(tǒng)設(shè)計

陳鳳志

（北京城建亞泰建設(shè)集團有限公司，北京 100000）

隨著建筑項目規(guī)模日益增大，信息化、網(wǎng)絡(luò)化的施工管理系統(tǒng)成為研究熱點。無人機傾斜攝影技術(shù)是數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)中的一項重要內(nèi)容[1-2]。將無人機傾斜攝影技術(shù)和施工管理系統(tǒng)相結(jié)合，在無人機上安裝無鏡頭相機、導(dǎo)航系統(tǒng)等，按照事先設(shè)置好的航線進(jìn)行拍攝，對拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，構(gòu)建三維實景模型，將拍攝范圍直觀地以三維形象進(jìn)行展示，能夠提高測量的精準(zhǔn)度和施工管理系統(tǒng)的效率，減少施工中的測量工作，實現(xiàn)無人機傾斜攝影技術(shù)在施工管理信息化中的應(yīng)用[3-6]。文章基于無人機傾斜攝影技術(shù)的施工管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與研究，為無人機傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于施工管理提供參考。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)功能需求分析

通過獲取點云數(shù)據(jù)以及空間分布坐標(biāo)，將其導(dǎo)入BIM軟件中為工程施工提供數(shù)據(jù)支撐。

（1）施工進(jìn)度管理。

負(fù)責(zé)管理施工進(jìn)度，包括工程項目施工進(jìn)度總計劃、單位工程進(jìn)度計劃、分項目工程進(jìn)度計劃、月作業(yè)計劃。

（2）控制施工進(jìn)度。

負(fù)責(zé)施工進(jìn)度監(jiān)控，包括編制施工進(jìn)度計劃表、編制內(nèi)控施工進(jìn)度計劃、對施工節(jié)點進(jìn)行考評、施工難點技術(shù)管理。

（3）施工設(shè)備管理。

負(fù)責(zé)管理施工設(shè)備，對施工設(shè)備進(jìn)行全過程管理，從采購到使用均使用信息技術(shù)管理。

（4）施工費用管理。

負(fù)責(zé)管理施工費用，包括耗材費用、施工費用管理等。

（5）施工合同管理。

負(fù)責(zé)管理施工合同，包括施工合同撰寫、簽訂等。

（6）施工BIM管理。

負(fù)責(zé)施工BIM模型構(gòu)建。

（7）無人機傾斜攝影技術(shù)的施工管理。

負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。

1.2 系統(tǒng)非功能需求分析

（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性。

系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行120 d，故障率低于1%；系統(tǒng)能夠滿足200人同時在線使用；系統(tǒng)占用服務(wù)器資源率低于85%。

（2）系統(tǒng)易用性。

該系統(tǒng)包含的用戶年齡階段不同，有部分用戶電腦操作不熟悉，需要使用界面簡單。

（3）強大接口。

施工管理涉及國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)較多，設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)該具有強大接口，用戶可以根據(jù)自身需求設(shè)計相應(yīng)使用模塊。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計原則

（1）優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)有施工流程。

對現(xiàn)有施工流程逐一分析，找到最優(yōu)條件，讓施工流程達(dá)到最優(yōu)。

（2）優(yōu)化設(shè)計數(shù)據(jù)庫。

建筑施工管理系統(tǒng)中包含大量數(shù)據(jù)存儲，需要采用科學(xué)數(shù)據(jù)設(shè)計模型，確保數(shù)據(jù)存儲合理。

（3）強化權(quán)限管理。

科學(xué)權(quán)限管理有助于施工管理。對施工中測量、審批、審核等嚴(yán)格按照權(quán)限管理方式進(jìn)行。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

施工管理系統(tǒng)開發(fā)采用三層架構(gòu)。界面層是由Winform技術(shù)開發(fā)的施工管理系統(tǒng)，包括施工進(jìn)度管理界面、控制進(jìn)度管理界面、施工設(shè)備管理界面、施工費用管理界面、施工合同管理界面、施工BIM管理界面、無人機傾斜攝影管理界面；業(yè)務(wù)邏輯層包括施工進(jìn)度業(yè)務(wù)管理、控制進(jìn)度業(yè)務(wù)邏輯管理、施工費用業(yè)務(wù)邏輯管理、施工設(shè)備業(yè)務(wù)邏輯管理、施工合同業(yè)務(wù)邏輯管理、施工BIM業(yè)務(wù)邏輯管理、無人機傾斜攝影業(yè)務(wù)邏輯管理；數(shù)據(jù)層包括無人機攝影采集數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)邏輯數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

界面層中使用ComponentFactory.Krypton.Toolkit控件美化界面。業(yè)務(wù)邏輯層中使用數(shù)據(jù)庫添加、修改、刪除、查看等操作實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯管理；數(shù)據(jù)層主要進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲；系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)邏輯數(shù)據(jù)庫使用開源MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲；無人機采集數(shù)據(jù)采用SQLite數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中增加5G傳輸網(wǎng)絡(luò)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)無人機采集數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)椒?wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的目的。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

2.3.1 無人機傾斜攝影模塊設(shè)計

無人機傾斜攝影技術(shù)是利用無人機攜帶高清攝像頭從空中不同角度對施工環(huán)境進(jìn)行多角度拍攝，從不同視角獲取地面建筑信息，通過數(shù)學(xué)模型進(jìn)行校正，轉(zhuǎn)化為俯視影像。使用三角測量、影像密集匹配點云算法、紋理映射算法、TIN三角網(wǎng)構(gòu)建算法等數(shù)學(xué)模型可以完成實景三維建模。

建筑施工現(xiàn)場施工面積相對較少，因此使用單鏡頭進(jìn)行現(xiàn)場圖像采集。無人機傾斜攝影施工測量流程如圖1所示。

由圖1可知，在施工現(xiàn)場中進(jìn)行控點布置，根據(jù)無人機路線進(jìn)行無人機傾斜攝影，實現(xiàn)施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、影像匹配、紋理映射等，制備三維模型和數(shù)字正影射圖像。整個過程需要按照國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，從而得到施工面積、施工進(jìn)度等信息。

使用無人機RTK設(shè)備測量地面像控點高程坐標(biāo)和平面坐標(biāo)，系統(tǒng)要求高程坐標(biāo)與平面坐標(biāo)之間坐標(biāo)差的誤差小于5 cm。像控點裝置每周檢測1次，確保坐標(biāo)未發(fā)生改變，若改變需要重新調(diào)整數(shù)據(jù)。

傾斜攝影數(shù)據(jù)處理軟件使用Smart3d的API，采用C#編程語言調(diào)用API接口。使用C#編程語言調(diào)用API關(guān)鍵代碼為：

2.3.2 設(shè)備管理設(shè)計

采用信息技術(shù)進(jìn)行設(shè)備管理，功能主要包含設(shè)備信息添加管理、施工設(shè)備信息查看、施工設(shè)備信息修改、施工設(shè)備信息刪除管理、施工設(shè)備信息更新管理。為了提高設(shè)備管理開發(fā)效率，利用UML建模技術(shù)進(jìn)行施工設(shè)備管理功能設(shè)計。

Construction_equipment，用于施工設(shè)備界面管理；Construction_equipmentDALL，用于施工設(shè)備業(yè)務(wù)邏輯管理；Construction_equipmentBLL，用于施工設(shè)備數(shù)據(jù)管理；Construction_equipmentmoble，用于施工設(shè)備數(shù)據(jù)集管理。

Construction_equipment_add（）方法中使用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)insert語句進(jìn)行數(shù)據(jù)添加，例如插入設(shè)備信息使用“insert into shebei（shebeiming，…） value（）”；Construction_equipment_update（）使用數(shù)據(jù)庫update 語句進(jìn)行數(shù)據(jù)更新；Construction_equipment_show（）使用數(shù)據(jù)庫語句select進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢；Construction_equipment_delete（）使用數(shù)據(jù)庫delete進(jìn)行數(shù)據(jù)刪除。

施工設(shè)備管理類如圖2所示。

圖2 施工設(shè)備管理類

2.3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

無人機傾斜攝影技術(shù)的施工管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫為MySQL和SQlite數(shù)據(jù)庫。以無人機攝影技術(shù)數(shù)據(jù)存儲為例，詳細(xì)分析SQLite數(shù)據(jù)存儲。無人機攝影技術(shù)數(shù)據(jù)存儲如表1所示。

表1 無人機攝影技術(shù)數(shù)據(jù)存儲

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2019，使用Smart3d提供API進(jìn)行系統(tǒng)二次開發(fā)，編程語言底層數(shù)據(jù)采集為C++，頂層界面展示使用C#。使用無人機結(jié)合IBM技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

無人機采集得到IBM施工現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 無人機采集得到IBM施工現(xiàn)場

4 結(jié)語

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，將無人機傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用到施工管理中能夠提高施工管理效率和進(jìn)度，控制項目成本。無人機攝影技術(shù)在施工管理中，需要采集大量數(shù)據(jù)，結(jié)合三維建模算法可以還原施工現(xiàn)場。后續(xù)可以將無人機傾斜攝影技術(shù)與BIM、人工智能技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)施工智能管理。