各省、自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設廳，直轄市住房和城鄉(xiāng)建設（管）委，北京市規(guī)劃和自然資源委，新疆生產(chǎn)建設兵團住房和城鄉(xiāng)建設局：按照《住房和城鄉(xiāng)建設部等部門關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》（建市〔2020〕60號）要求，為總結推廣智能建造可復制經(jīng)驗做法，指導各地住房和城鄉(xiāng)建設主管部門和企業(yè)全面了解、科學選用智能建造技術和產(chǎn)品，經(jīng)企業(yè)申報、地方推薦、專家評審，確定124個案例為 批智能建造新技術新產(chǎn)品創(chuàng)新服務典型案例（案例集可在住房和城鄉(xiāng)建設部門戶網(wǎng)站上查詢）。現(xiàn)予以發(fā)布，請結合實際學習借鑒。住房和城鄉(xiāng)建設部辦公廳
2021年11月22日　?。ù思鲃庸_）

大疆航測無人機在土石方工程測量和施工現(xiàn)場管理中的應用

一、基本情況

（一）案例簡介

深圳市大鵬新區(qū)人民醫(yī)院項目采用了深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司的無人機一站式航測解決方案，實現(xiàn)施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)全流程自動化采集與查看。該項目通過在工地區(qū)域部署無人機值守機場，自動控制無人機在工地現(xiàn)場執(zhí)行航線任務并采集數(shù)據(jù)，在上傳至深圳市工務署成果信息管理平臺后自動開啟模型重建任務，構建了高精度二維正射影像與三維實景模型。項目通過在線化的工程數(shù)據(jù)依托實景模型，實現(xiàn)了土方量快速計算與分析、工程進度動態(tài)查看與對比，可以無死角掌握項目現(xiàn)場信息，從而提升了項目進度精細化管理水平，提高了多方溝通效率，降低了項目建造成本。

（二）申報單位簡介

深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司于2006年成立，從事無人機系統(tǒng)、影像系統(tǒng)等研發(fā)，現(xiàn)已廣泛應用于測繪、工程、新聞、影視、農(nóng)業(yè)、消防、救援、能源、安防、林業(yè)、野生動物保護等領域。大疆公司的行業(yè)應用為政府、公共事業(yè)機構及企業(yè)客戶提供無人機飛行平臺、多樣傳感器載荷、專業(yè)軟件、售后服務及飛行培訓一體化的解決方案與定制服務。

二、案例應用場景和技術產(chǎn)品特點

（一）技術方案要點

無人機傾斜攝影技術作為當前國際測繪遙感領域中新興發(fā)展的一項技術，其實質是在同一飛行平臺上搭載多個傳感器，同時從垂直、傾斜角度等多個角度對地物進行拍攝，使得獲取的地物信息更完整、更全面。其中，以垂直于地表水平面的角度對地物拍攝獲取的影像為正片，以傾斜角度（即傳感器與地面的水平線成一定的角度）對地物拍攝獲取的影像稱為斜片。影像數(shù)據(jù)被傳入計算機系統(tǒng)以后，經(jīng)過專門軟件的處理，即可建立三維模型。1.技術基礎。無人機傾斜攝影技術由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是指獲取生產(chǎn)三維實景模型所需外業(yè)數(shù)據(jù)的主要軟硬件設施如圖1所示，主要包括無人機、GPS（全球定位系統(tǒng)）、無人機操控系統(tǒng)和航線規(guī)劃軟件。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要是指用于無人機三維建模的數(shù)據(jù)處理軟件，包括 大疆智圖、ContextCapture、Metashape、Pix4Dmapper等。

圖1 硬件設施

2.無人機值守機場。無人機值守機場，也稱無人機自動機場如圖2所示，具備無人機自動存儲以及放飛回收、充電功能，可將無人機直接部署到作業(yè)現(xiàn)場，解決人工攜帶無人機通勤的問題。不工作時，無人機待機在自動機場內；工作時，機場艙門打開，升降平臺上升至頂部，無人機自動起飛，按照既定巡檢線路自動飛行。由于無人機值守機場具備遠程執(zhí)行飛行任務、自動采集、自動充電管理等功能，可實現(xiàn)每日執(zhí)行多次任務、輔助工程現(xiàn)場的安全文明施工檢查以及工程進度的實時更新。

圖2 小型無人機值守機場

3.工作流程。利用無人機傾斜攝影技術構建三維實景模型的工作流程如圖3所示，主要包括飛行前準備、傾斜影像數(shù)據(jù)采集和傾斜影像數(shù)據(jù)處理等幾大步驟。

圖3 三維實景模型構建技術流程

（二）技術創(chuàng)新點

1.項目模型宏觀微觀綜合呈現(xiàn)。將無人機生成的高精度全視角實景三維模型與BIM模型、CAD圖紙、GIS模型等數(shù)據(jù)融合，構建“地形+影像+模型+矢量”宏觀微觀一體化三維空間場景，實現(xiàn)工程概貌全視角展示，形象進度互動式體驗、工程數(shù)據(jù)場景式查看。

2.工程進度對比與展示。通過無人機傾斜攝影全景照片來解決傳統(tǒng)進度管理中顆粒度粗糙、進度量化比對不完善等工程管理問題，配合洞察云平臺，直觀地展示施工現(xiàn)場的真實進度情況，高效、便捷地進行形象進度管理。同時，通過對影像數(shù)據(jù)處理生成的不同時間段施工現(xiàn)場三維實景模型，配合測量、分析及標注功能，提高工程管理中多方溝通進度的效率。

3.在線土方測量輔助算量。不同于正射影像只能豎直向下觀察目標的特性，通過傾斜攝影技術建立的三維模型具有實物的完全尺寸特征，可以從任意角度對目標進行測量、分析。將傾斜攝影與 RTK （實時動態(tài)載波相位差分技術）定位的有效結合，通過對原始地形信息進行多視影像聯(lián)合平差、多視影像關鍵匹配等數(shù)據(jù)加工，實現(xiàn)場地平整，路基開挖及填筑土方量的快速 化計算，與傳統(tǒng)人工土方測量相比，可提高土方測量效率，減少人工測量造成的誤差，數(shù)據(jù)客觀，可作為土方測量的一個輔助驗證手段。

4.安全文明施工預警預測。智能空中巡檢項目的質量和安全管理問題，輔助作業(yè)規(guī)范、事故定責與回溯，測量建筑實體影像的高度、角度、坡度等參數(shù)，實現(xiàn)問題查看、分析、對比一體化監(jiān)測，助力項目現(xiàn)場常態(tài)化、全方位無死角管控?？捎糜诎踩拿魇┕ぱ矙z，對施工過程中的狀態(tài)、行為進行巡檢管理，如對裸土覆蓋、圍板、塔吊等重點位置進行監(jiān)控管理，彌補攝像頭監(jiān)控盲區(qū)，對于重點施工隱患區(qū)域及時推送預警信息。

（三）應用場景

無人機傾斜攝影技術結合無人值守機庫可進行土方測量、形象進度查看、空中巡檢，適用于建筑全生命周期各環(huán)節(jié)階段。

（四）與國內外同類先進技術的比較和市場應用總體情況

1.海外市場SKYCATCH是2016年成立的基于無人機的SaaS數(shù)據(jù)服務提供商，為建筑及數(shù)字礦山客戶提供便捷的工程測量、分析、可視化服務，目前僅提供SaaS云產(chǎn)品，不提供實施服務。AERODYNE是一家綜合解決方案提供商，提供SaaS+本地服務一體商業(yè)模式，產(chǎn)品覆蓋電力、精準農(nóng)業(yè)、物流多個領域，可以提供從解決方案、云管平臺到技術等全鏈條服務。

2.國內市場奇志動聯(lián)于2015年成立，2017年開始調整方向轉為做建筑方向的無人機技術服務，具備兜底業(yè)務流量以及實踐場景。因諾科技于2015年成立，2019年著手啟動信息化平臺研發(fā)，深耕于管道巡檢垂直細分領域，在商務端有先發(fā)優(yōu)勢。

（五）大疆航測解決方案優(yōu)勢

大疆行業(yè)應用部以“重塑生產(chǎn)力”為使命，致力于為政府、公共事業(yè)機構及企業(yè)客戶提供無人機飛行平臺、多樣化載荷、專業(yè)軟件、售后服務及飛行培訓一體化的解決方案。其中大疆航測解決方案提供一體化飛行平臺、網(wǎng)絡RTK及云PPK（動態(tài)后處理差分技術）解算的厘米級導航定位服務、高效智能的大疆智圖建模軟件，已成功應用于測繪、能源、建筑、基礎設施巡檢、公共安全等20多個細分行業(yè)。同時，大疆與深圳市奇航疆域技術有限公司在此領域開展了深入合作，基于智能硬件巡檢學習多源融合模型算法，突破了傳統(tǒng)基于圖像的單一維度的識別分析算法，將圖像、視頻、工程模型、業(yè)務數(shù)據(jù)、IoT（物聯(lián)網(wǎng)）傳感器數(shù)據(jù)的多重融合比對分析，為客戶提供更精準的運維診斷，并且經(jīng)過升級迭代，可以完成運維狀態(tài)的預測與評估。

三、案例實施情況

（一）案例基本信息

深圳市大鵬新區(qū)人民醫(yī)院位于廣東省深圳市大鵬新區(qū)葵涌街道葵新社區(qū)，總建筑面積41.7萬㎡，建筑高度80.25m，地上更大 層數(shù)16層，地下2層。規(guī)劃建筑為1棟裙樓加2棟塔樓、床位2000張，內設包括住院樓、康復中心、門診醫(yī)技樓、行政樓、宿舍樓、報告廳、科研樓以及地下室等。

（二）現(xiàn)場踏勘與航線規(guī)劃驗證

1.項目信息收集與入庫。針對項目位置、范圍線、坐標信息等自然地理信息進行初步收集，借助地理信息工具進行遠程的項目地調，為硬件、設備、網(wǎng)絡施工進場做好前期準備工作。

2.現(xiàn)場踏勘。項目工程師到達現(xiàn)場后，針對地形范圍線、采集區(qū)域進行實地踏勘，聚焦于地形，部署地點、限制飛行條件等方面。針對地形進行必要的原始數(shù)據(jù)的采集，以便進行自動化采集流程的規(guī)范設計。

3.航線規(guī)劃與驗證。經(jīng)評估，踏勘現(xiàn)場符合需求的前提下，工程師進行施工進場方案、飛行線路、網(wǎng)電等方案的設計和模擬踏勘，來確保硬件進場的可行性，并且以書面形式提供項目方評定審核，確認后方可執(zhí)行。

4.飛行許可報備。項目工程師在進場前進行項目位置查詢，對存在禁飛區(qū)域進行報備飛行申請。

（三）固定機場安裝

現(xiàn)場系統(tǒng)實施需要對現(xiàn)場條件進行詳細踏勘。在保障現(xiàn)場具備的物料運輸條件、物料裝卸條件、確認機場的安裝位置的前提下，再根據(jù)設計要求進行機場硬軟件系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的安裝。實現(xiàn)從機場系統(tǒng)部署，場地部署，供電系統(tǒng)部署，機場本體與桅桿整體部署到管控平臺部署。

圖4  固定機場現(xiàn)場安裝效果示意圖

（四）成果處理

大疆智圖是一款提供自主航線規(guī)劃、飛行航拍、二維正射影像與三維模型重建的計算機應用軟件，可智能、高效地輸出厘米級實景二維/三維模型，建模效率是市面主流軟件的5～10倍。洞察信息化平臺（如圖5所示）是由奇航自主研發(fā)的自動化的數(shù)據(jù)上傳、處理、呈現(xiàn)及管理的綜合性信息化平臺，清晰明了的多任務管理系統(tǒng)，可以快速地定位及查看相應的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)分析、調閱及查看，無需客戶端，兼容電腦及移動端快速查看。開放的API（應用程序接口）接口可以便捷地將數(shù)據(jù)接入到對應的數(shù)據(jù)信息化平臺中。

圖5 洞察信息化平臺大鵬醫(yī)院三維模型成果如圖6所示，在平臺中可進行模型查看、分析及分享，分享如圖7所示

圖6大鵬醫(yī)院三維模型

由于無人機傾斜攝影技術可采集 的建筑物側面紋理，且重建的高精度三維模型能夠嵌入準確的地理信息，因此可利用工具箱內距離、面積、可視域分析等功能（如圖8所示），快速對模型進行技術測量和分析。

圖8 平臺工具箱展示

此外，深圳市工務署成果信息管理平臺還可以通過標注將地塊分為不同的功能區(qū)域（如圖9所示），方便辨識及查看，同時也可以將部分地塊進行置平工作。

圖9 平臺標注功能展示

四、應用成效

（一）解決的問題

無人機傾斜攝影技術結合自動值守機場在工程項目管理上的應用，充分運用了信息化和可視化的方法，不僅能夠有效解決施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)獲取速度慢、周期長、人工成本高、受場景局限影響等問題，而且對施工過程中施工方案的順利實施、施工現(xiàn)場各工序的有效推進、施工現(xiàn)場動態(tài)安全監(jiān)控、施工過程檔案資料的數(shù)字化存儲，提供了重要的技術方法保障。

1.智能自動現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。打破傳統(tǒng)無人機單一、復雜、低時效的使用問題，通過遠程控制機場、自動航線、云推送任務等功能，實現(xiàn)項目現(xiàn)場一鍵采集傾斜攝影影像、全景影像、視頻并自動化處理，在提高原有進度信息豐富度的基礎上，大大減少了項目現(xiàn)場操作的工作量。

2.云計算提高模型重建時效。充分利用云計算的技術優(yōu)勢，將無人機采集到的綜合數(shù)據(jù)與集群云服務的強大計算力相結合，更大 實現(xiàn) 5000GFLOAs 的浮點精度運算，做到當天采集，當天便能查看數(shù)據(jù)成果。

3.可視化成果數(shù)據(jù)立體交互呈現(xiàn)。在高效采集的基礎上，實現(xiàn)“模型+影像+地形+矢量”的融合，現(xiàn)場項目數(shù)據(jù)不僅可以在真實三維空間進行實景查看，在線化的數(shù)據(jù)信息可以依托實景模型為承載，查看各種工程數(shù)據(jù)。如文明安全施工預警，方量測量在線分析等，實現(xiàn)查看、分析、對比一體化，無死角掌握項目現(xiàn)場信息。

4.模型成果創(chuàng)新輕量化分享?？焖賹崿F(xiàn) TB 級別三維 GIS 數(shù)據(jù)服務，使用輕量化分享功能，一鍵分享成果數(shù)據(jù)，手機、電腦等多個終端均可同時查看，大大降低使用與溝通成本，滿足項目參建各方快速查看項目實時信息的需求。

（二）應用效果

1.土方工程測量。相對于人工測量，標高點提取數(shù)量多7倍，方量準確度提高更高 15%，投標階段使用可有效提高施工成本預估準確性，基坑施工階段以此方量結果結算，相對于人工測量結算，平均節(jié)約10%的成本。2.形象進度管理。使用大疆-奇航一站式航測解決方案，可節(jié)約乙方、監(jiān)理方20%的人員，人員年費用節(jié)約30萬/年。通過節(jié)點安全文明施工檢查，提前發(fā)現(xiàn)、排查多處施工隱患，預估節(jié)約工時10余天，停工成本約20萬/天。甲方單位通過平臺可以實時查看施工進度，節(jié)約甲方管理人員30%的工時，人員年費用節(jié)約40萬/年。