阅读说明：本技术 基于倾斜摄影技术的道路有效土方量计算方法 (Road effective earth volume calculation method based on oblique photography technology ) 是由 徐宁 李印冬 杨华杰 王银武 龙也 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于倾斜摄影技术的道路有效土方量计算方法,本方法采用无人机对道路区域进行拍摄,获得初步倾斜摄影数据,生成初始倾斜摄影三维实景模型；将高程数据录入道路设计模型中；根据高程数据在道路设计模型中生成初始路基横断面图；道路施工完成后生成施工后的倾斜摄影三维实景模型；将施工后的高程数据替换道路设计模型中的高程数据,生成施工后的路基横断面图；按同桩号生成路基横断面比较图,计算有效挖、填土方横断面面积；根据有效挖、填土方横断面面积及距离,计算有效挖、填土方量,各路段有效挖、填土方量之和即为道路有效土方量。本方法提高道路土方量计算的科学性和合理性,为道路工程的预算和结算提供可靠的依据。(The invention discloses a road effective earth volume calculation method based on oblique photography technology, which adopts an unmanned aerial vehicle to shoot a road area, obtains preliminary oblique photography data and generates an initial oblique photography three-dimensional live-action model; inputting the elevation data into a road design model; generating an initial roadbed cross sectional diagram in a road design model according to elevation data; after the road construction is finished, generating a constructed oblique photography three-dimensional live-action model; replacing the elevation data in the road design model with the constructed elevation data to generate a constructed roadbed cross section diagram; generating a roadbed cross section comparison diagram according to the same pile number, and calculating the cross section area of the effective excavated and filled earth; and calculating effective excavation and earth filling amount according to the cross section area and the distance of the effective excavation and earth filling, wherein the sum of the effective excavation and earth filling amount of each road section is the effective earth volume of the road. The method improves the scientificity and rationality of road earth volume calculation and provides reliable basis for budget and settlement of road engineering.)

基于倾斜摄影技术的道路有效土方量计算方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种基于倾斜摄影技术的道路有效土方量计算方法。

背景技术

现行道路土方量的计算或确定方法多种多样，但大多土方量的计算过程中考虑的因素较为单一，导致难以推广使用。比如工程中较为常用的两种土方量确定方法为：1)工程在设计过程中根据勘测资料和技术参数的设置，所确定的设计土方量；2)施工过程中产生的实际土方量。设计土方量受勘测资料、技术参数、设计软件和设计人员经验等多因素的影响，导致土方量与实际情况存在较大的误差。而施工过程中由于超填和超挖等也将导致实际土方量的结果难以让人置信。且上述两种土方量确定方式操作繁琐，效率低，准确度差，严重影响道路工程的预算和结算。

倾斜摄影技术作为近年来测绘领域发展起来的一项高新技术，已经越来越广泛的应用于市政基础设施的测量、勘察、设计等领域。通过采用无人机拍摄建立倾斜摄影三维实景模型不仅能为道路土方计算提供地形数据资料，而且能够反映道路的施工情况，为道路土方计算提供计算依据。因此，合理的挖、填土方量计算范围以及计算精确度等对道路土方量计算结果的准确度影响非常大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于倾斜摄影技术的道路有效土方量计算方法，本方法克服传统道路土方量计算方式的缺陷，提高道路土方量计算的科学性和合理性，提高计算精度及作业效率，为道路工程的预算和结算提供有效、可靠的依据。

为解决上述技术问题，本发明基于倾斜摄影技术的道路有效土方量计算方法包括如下步骤：

步骤一、收集整理道路地理位置数据和道路施工图；

步骤二、根据现场踏勘和电子地图确定无人机航拍路线和航拍参数，采用无人机按航拍路线和航拍参数进行拍摄，获得各分区初步倾斜摄影数据，应用航拍pos数据去除不需要和多余的数据资料，生成拍摄区域各分区的初始倾斜摄影三维实景模型；

步骤三、各分区倾斜摄影三维实景模型合模，将各分区的三维实景模型导入三维修编软件，确定连续编号及相邻分区两个同样的特殊坐标点；根据两个相同的特殊坐标点完成倾斜摄影三维实景模型的合模；应用pos数据对合模后重叠的部分进行处理，使相邻分区的三维实景模型无缝结合；以此类推，完成整个倾斜摄影区域的合模；

步骤四、根据初始倾斜摄影三维实景模型上的高程数据，在道路区域按一定间距将高程数据录入道路设计模型中，并根据道路施工图建立道路设计模型；

步骤五、根据初始倾斜摄影三维实景模型的高程数据，在道路设计模型中生成初始路基横断面图；

步骤六、根据道路施工图完成道路施工，施工完成后按步骤二生成施工后的倾斜摄影三维实景模型；

步骤七、根据施工后的倾斜摄影三维实景模型，将施工后的高程数据替换道路设计模型中的高程数据，没有施工或不在施工范围内的高程数据不予替换，并生成施工后的路基横断面图；

步骤八、将初始路基横断面图和施工后的路基横断面图按同桩号生成路基横断面比较图，其中路基横断面比较图中包含原始地形地面线和施工后地形地面线；

步骤九、设定以道路路基坡顶到坡脚为土方量计算有效边界，挖方以设计高程及以上为有效边界，填方以设计高程以下为有效边界；

步骤十、计算所有的路基横断面比较图中原始地形地面线和施工后地形地面线之间，以及道路施工区域范围内的有效挖、填土方横断面面积；

步骤十一、根据相邻横断面的有效挖、填土方横断面面积，按式(1)计算有效挖、填土方量；

V_挖、填＝∫∫f(x，y)dxdy×∫f(x，y，r)dx (1)

式中：V_挖、填为有效挖、填土方量，∫∫f(x，y)dxdy为有效挖、填土方横断面面积，∫f(x，y，r)dx为相邻横断面的距离或桩号差，x为坐标系中x轴的值，y为坐标系中y轴的值，r为转弯路段的曲线半径或曲率半径；

步骤十二、各路段有效挖、填土方量之和即为道路有效土方量。

进一步，步骤二中，所述航拍参数包括航拍高度和速度，并且根据现场拍摄区域建筑物的分布情况设定，根据初步设定的航拍路线和参数设置无人机试飞，根据试飞结果调整航拍路线和参数设置，根据调整后的航拍路线和参数进行拍摄，获得初步倾斜摄影数据。

由于本发明基于倾斜摄影技术的道路有效土方量计算方法采用了上述技术方案，即本方法收集道路地理位置数据和施工图，采用无人机对道路区域进行拍摄，获得初步倾斜摄影数据，生成拍摄区域的初始倾斜摄影三维实景模型；在道路区域按一定间距将高程数据录入道路设计模型中；根据高程数据在道路设计模型中生成初始路基横断面图；道路施工完成后生成施工后的倾斜摄影三维实景模型；将施工后的高程数据替换道路设计模型中的高程数据，生成施工后的路基横断面图；按同桩号生成路基横断面比较图，设定土方量计算的有效边界，计算有效挖、填土方横断面面积；根据有效挖、填土方横断面面积及距离，计算有效挖、填土方量，各路段有效挖、填土方量之和即为道路有效土方量。本方法克服传统道路土方量计算方式的缺陷，提高道路土方量计算的科学性和合理性，提高计算精度及作业效率，为道路工程的预算和结算提供有效、可靠的依据。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明基于倾斜摄影技术的道路有效土方量计算方法的流程框图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明基于倾斜摄影技术的道路有效土方量计算方法包括如下步骤：

步骤一、收集整理道路地理位置数据和道路施工图；

步骤二、根据现场踏勘和电子地图确定无人机航拍路线和航拍参数，采用无人机按航拍路线和航拍参数进行拍摄，获得各分区初步倾斜摄影数据，应用航拍pos数据去除不需要和多余的数据资料，生成拍摄区域各分区的初始倾斜摄影三维实景模型；

其中，不需要和多余的数据资料是指超出项目规定范围的倾斜摄影数据和异常的倾斜摄影数据，如偏离建筑物或构筑物过高或过低的倾斜摄影中的数据以及合模过程中存在重叠的倾斜摄影数据；

步骤三、各分区倾斜摄影三维实景模型合模，将各分区的三维实景模型导入三维修编软件，确定连续编号及相邻分区两个同样的特殊坐标点；根据两个相同的特殊坐标点完成倾斜摄影三维实景模型的合模；应用pos数据对合模后重叠的部分进行处理，使相邻分区的三维实景模型无缝结合；以此类推，完成整个倾斜摄影区域的合模；

步骤四、根据初始倾斜摄影三维实景模型上的高程数据，在道路区域按一定间距将高程数据录入道路设计模型中，并根据道路施工图建立道路设计模型；

步骤五、根据初始倾斜摄影三维实景模型的高程数据，在道路设计模型中生成初始路基横断面图；

步骤六、根据道路施工图完成道路施工，施工完成后按步骤二生成施工后的倾斜摄影三维实景模型；

步骤七、根据施工后的倾斜摄影三维实景模型，将施工后的高程数据替换道路设计模型中的高程数据，没有施工或不在施工范围内的高程数据不予替换，并生成施工后的路基横断面图；

步骤八、将初始路基横断面图和施工后的路基横断面图按同桩号生成路基横断面比较图，其中路基横断面比较图中包含原始地形地面线和施工后地形地面线；

步骤九、设定以道路路基坡顶到坡脚为土方量计算有效边界，挖方以设计高程及以上为有效边界，填方以设计高程以下为有效边界；

步骤十、计算所有的路基横断面比较图中原始地形地面线和施工后地形地面线之间，以及道路施工区域范围内的有效挖、填土方横断面面积；

步骤十一、根据相邻横断面的有效挖、填土方横断面面积，按式(1)计算有效挖、填土方量；

V_挖、填＝∫∫f(x，y)dxdy×∫f(x，y，r)dx (1)

式中：V_挖、填为有效挖、填土方量，∫∫f(x，y)dxdy为有效挖、填土方横断面面积，∫f(x，y，r)dx为相邻横断面的距离或桩号差，x为坐标系中x轴的值，y为坐标系中y轴的值，r为转弯路段的曲线半径或曲率半径；

步骤十二、各路段有效挖、填土方量之和即为道路有效土方量。

优选的，步骤二中，所述航拍参数包括航拍高度和速度，并且根据现场拍摄区域建筑物的分布情况设定，根据初步设定的航拍路线和参数设置无人机试飞，根据试飞结果调整航拍路线和参数设置，根据调整后的航拍路线和参数进行拍摄，获得初步倾斜摄影数据。

为便于理解和区分土方量的概念，本方法提出了有效土方量、有效挖、填土方面积的概念，并将有效土方量和有效挖、填土方面积分别定义为：在道路坡顶、坡脚范围内和不包括超填和超挖的挖、填土方量的总称即为有效土方量；在道路坡顶、坡脚范围内和不包括超填和超挖的挖、填土方面积即为有效挖、填土方面积。

本方法根据航拍路线和航拍参数获取倾斜摄影数据，并建立初始倾斜摄影三维实景模型；根据初始倾斜摄影三维实景模型将高程数据录入到道路设计模型；根据道路施工图建立道路设计模型，并生成初始路基横断面图。道路施工后，再按原航拍路线和航拍参数获取施工后的倾斜摄影数据，并建立施工后的倾斜摄影三维实景模型；根据施工后的倾斜摄影三维实景模型替换道路设计模型中的高程数据，并生成施工后的路基横断面图；根据初始路基横断面图和施工后的路基横断面图按同桩号生成路基横断面比较图，并计算土方范围内的土方横断面面积，根据道路横断面间距，计算道路的有效土方量。

本方法提出有效土方量的定义和计算方法，为建设项目的土方量计算和工程量结算等提供有效和可靠的依据。与一般道路土方量的计算相比，本方法在倾斜摄影的基础上建立倾斜摄影三维实景模型，既反映了道路施工前后的情况，又提高了道路土方量计算的科学性和精确度。通过利用施工前后地形曲面高程的变化生成施工前后的路基横断面比较图，既能反映施工实际情况，又能得到精准合理的土方计算结果。