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无人机助力下的桥梁重建

2019-06-27 10:35 性质:转载 作者:周洋 来源:桥梁网
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Pinto Creek大桥修建于1949年,位于美国亚利桑那州凤凰城东部约1.5小时车程的60号高速公路上,毗邻Tonto国家森林区,作为罗斯...

  Pinto Creek大桥修建于1949年,位于美国亚利桑那州凤凰城东部约1.5小时车程的60号高速公路上,毗邻Tonto国家森林区,作为罗斯福总统公共工程计划的一部分而建立。大桥座落在陡峭的峡谷之上,站在桥上可以欣赏周围乡村的优美景色。

  经过60多年的使用,大桥已经开始出现老化现象。据2014年的检验和评估结果显示,该桥的综合评定结果为差级,存在结构缺陷问题。

  尽管大桥仍处于开放使用状态,但老化问题迫使重建计划不得不提上日程。因为旧桥的周围没有可绕行的道路,重建后的新桥将会建在现有桥梁的北面,届时旧的Pinto Creek大桥将被拆除。

无人机拍摄的点云图模式下Pinto Creek大桥示意图

  无人机勘察

  Pinto Creek大桥重建项目目前正处于初期阶段,亚利桑那州交通部(DOT)正在对周围峡谷进行岩土工程勘察事宜,以确保适合新桥的修建工程。该区域内的任何新建筑必须首先通过详尽的勘察,以确保工程对Tonto森林区域内及其周围环境的可持续性和影响。桥梁建筑与周围的自然环境融为一体是至关重要的。这个峡谷大约有80米深,所以如果用传统的勘察方法需要一整天的时间才能完成从上到下的勘察,这包括使用攀岩装备下降到峡谷下面和步行穿过岩石地区。传统的方式具有一定的风险性,既危险效率又低。

  Pinto Creek大桥周围崎岖的地形和敏感的自然环境,为无人机提供了完美的使用机会。无人机能够快速收集数据,并帮助土地勘察员避开危险。勘察队使用3DR公司的站点扫描无人机飞到Pinto Creek河上,并在单程飞行中捕捉到了整个区域的信息数据。

  Jeremiah Johnson是3DR公司的解决方案架构师,也是当天的飞行员。当天从桥的西端起飞,用现场扫描应用程序飞行扫描了大约7.5平方米的面积。Johnson设置了交叉飞行航线,并选择适合的高度和框架角度进行相应尺寸的扫描。这次飞行花了半个小时,收集到了358张高分辨率的照片。

  Johnson说:“如果使用传统的方法,这项工作至少需要一天时间从上到下进行勘测。然而,更大的挑战是处理使用传统方法收集来的数据,如果想要得到和使用无人机同样的精度,则大约需要两周的时间。”

  3DR制作出四种可交付的数据,包括正交马赛克、数字高清模型、覆盖和点云模式。为了使无人机数据在BIM工作流程中更有效的使用,3DR公司将详细的点云图移交给了Autodesk的桥梁设计方和专家团队。

InfraWorks软件中新建桥梁参数化构件的修改示意图

  数据的处理

  将原始的点云数据导入InfraWorks软件中,对其进行处理,提取并将地形特征进行分类。几个小时后,点云过滤完毕,随后建立出一个完整的模型——聚集点云,海拔数据和现有设施的完整模型。这为设计新桥提供了丰富的背景信息。

  Autodesk公司的首席研究工程师Sridharan说道:“使用无人机提取的点云数据信息,改善了设计和为现有环境建模的速度、效率和便利性。精细的细节有助于设计师识别存在的问题,从而可以为基建的设计提出合理的解决方案。”

  新桥的设计

  Autodesk产品线的经理Ara Ashikian先生介绍:“点云数据就绪后,在几小时内用Infraworks创建了几个桥梁模型,定制了道路校准和减缓坡度,并且轻松地修改了各个桥梁组件的参数。”

  “无人机数据可以创造丰富的点云,这对指导参数化桥梁建模非常有用。” Ashikian说道“通过Pinto Creek的点云,我在周围峡谷及其特征的真实环境背景中设计出了一座桥梁。”

  随后转到Revit软件中进行深化设计,Ara把最终的桥梁文件导入Autodesk Revit,以执行更详细的设计。由于该结构的所有底层组件都是基于几何参数,因此可以很容易地将它们导出到Revit和其他工具软件中,而无须重新创建或执行任何新的操作。

现场扫描文件应用程序的示例图像,显示了Pinto Creek大桥的交叉线网格

  3DR无人机勘察的主要交付成果

  一次30分钟的飞行勘察能带来哪些成果?到当天结束时,3DR已经完成了四个主要的可交付成果:

  正交马赛克

  通过处理358个捕获到的图像,3DR将整个站点的详细正交马赛克拼接在一起,提供清晰的空中数据,这些数据可以在Autodesk工具(如Civil 3D、Infraworks等)中进行有效应用的操作。

Pinto CreekPinto大桥正面影像

  数字高清模型

  3DR捕获的可用于创建数字高清模型的数据,为勘察员提供了清晰、准确的整个峡谷不同高度的视图。

Autodesk Recap 360 Pro中的DEM

  覆盖

  通过将地形勘察数据导入现场扫描,并将其覆盖在正交马赛克上,3DR能够轻松的将实际情况与最初的勘察计划进行比较,并分析出有关该位置的新见解。

  点云

  3DR使用ReCap 360 Pro创建出一个站点的点云,可以在整个设计和工程施工过程中简单地编辑、测量和做标记注解。








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