Pinto Creek大橋修建于1949年，位于美國(guó)亞利桑那州鳳凰城東部約1.5小時(shí)車程的60號(hào)高速公路上，毗鄰Tonto國(guó)家森林區(qū)，作為羅斯?？偨y(tǒng)公共工程計(jì)劃的一部分而建立。大橋座落在陡峭的峽谷之上，站在橋上可以欣賞周圍鄉(xiāng)村的優(yōu)美景色。

  經(jīng)過60多年的使用，大橋已經(jīng)開始出現(xiàn)老化現(xiàn)象。據(jù)2014年的檢驗(yàn)和評(píng)估結(jié)果顯示，該橋的綜合評(píng)定結(jié)果為差級(jí)，存在結(jié)構(gòu)缺陷問題。

  盡管大橋仍處于開放使用狀態(tài)，但老化問題迫使重建計(jì)劃不得不提上日程。因?yàn)榕f橋的周圍沒有可繞行的道路，重建后的新橋?qū)?huì)建在現(xiàn)有橋梁的北面，屆時(shí)舊的Pinto Creek大橋?qū)⒈徊鸪?/p>

無人機(jī)拍攝的點(diǎn)云圖模式下Pinto Creek大橋示意圖

  無人機(jī)勘察

  Pinto Creek大橋重建項(xiàng)目目前正處于初期階段，亞利桑那州交通部（DOT）正在對(duì)周圍峽谷進(jìn)行巖土工程勘察事宜，以確保適合新橋的修建工程。該區(qū)域內(nèi)的任何新建筑必須首先通過詳盡的勘察，以確保工程對(duì)Tonto森林區(qū)域內(nèi)及其周圍環(huán)境的可持續(xù)性和影響。橋梁建筑與周圍的自然環(huán)境融為一體是至關(guān)重要的。這個(gè)峽谷大約有80米深，所以如果用傳統(tǒng)的勘察方法需要一整天的時(shí)間才能完成從上到下的勘察，這包括使用攀巖裝備下降到峽谷下面和步行穿過巖石地區(qū)。傳統(tǒng)的方式具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，既危險(xiǎn)效率又低。

  Pinto Creek大橋周圍崎嶇的地形和敏感的自然環(huán)境，為無人機(jī)提供了完美的使用機(jī)會(huì)。無人機(jī)能夠快速收集數(shù)據(jù)，并幫助土地勘察員避開危險(xiǎn)?？辈礻?duì)使用3DR公司的站點(diǎn)掃描無人機(jī)飛到Pinto Creek河上，并在單程飛行中捕捉到了整個(gè)區(qū)域的信息數(shù)據(jù)。

  Jeremiah Johnson是3DR公司的解決方案架構(gòu)師，也是當(dāng)天的飛行員。當(dāng)天從橋的西端起飛，用現(xiàn)場(chǎng)掃描應(yīng)用程序飛行掃描了大約7.5平方米的面積。Johnson設(shè)置了交叉飛行航線，并選擇適合的高度和框架角度進(jìn)行相應(yīng)尺寸的掃描。這次飛行花了半個(gè)小時(shí)，收集到了358張高分辨率的照片。

  Johnson說：“如果使用傳統(tǒng)的方法，這項(xiàng)工作至少需要一天時(shí)間從上到下進(jìn)行勘測(cè)。然而，更大的挑戰(zhàn)是處理使用傳統(tǒng)方法收集來的數(shù)據(jù)，如果想要得到和使用無人機(jī)同樣的精度，則大約需要兩周的時(shí)間。”

  3DR制作出四種可交付的數(shù)據(jù)，包括正交馬賽克、數(shù)字高清模型、覆蓋和點(diǎn)云模式。為了使無人機(jī)數(shù)據(jù)在BIM工作流程中更有效的使用，3DR公司將詳細(xì)的點(diǎn)云圖移交給了Autodesk的橋梁設(shè)計(jì)方和專家團(tuán)隊(duì)。

InfraWorks軟件中新建橋梁參數(shù)化構(gòu)件的修改示意圖

  數(shù)據(jù)的處理

  將原始的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入InfraWorks軟件中，對(duì)其進(jìn)行處理，提取并將地形特征進(jìn)行分類。幾個(gè)小時(shí)后，點(diǎn)云過濾完畢，隨后建立出一個(gè)完整的模型——聚集點(diǎn)云，海拔數(shù)據(jù)和現(xiàn)有設(shè)施的完整模型。這為設(shè)計(jì)新橋提供了豐富的背景信息。

  Autodesk公司的首席研究工程師Sridharan說道：“使用無人機(jī)提取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，改善了設(shè)計(jì)和為現(xiàn)有環(huán)境建模的速度、效率和便利性。精細(xì)的細(xì)節(jié)有助于設(shè)計(jì)師識(shí)別存在的問題，從而可以為基建的設(shè)計(jì)提出合理的解決方案。”

  新橋的設(shè)計(jì)

  Autodesk產(chǎn)品線的經(jīng)理Ara Ashikian先生介紹：“點(diǎn)云數(shù)據(jù)就緒后，在幾小時(shí)內(nèi)用Infraworks創(chuàng)建了幾個(gè)橋梁模型，定制了道路校準(zhǔn)和減緩坡度，并且輕松地修改了各個(gè)橋梁組件的參數(shù)。”

  “無人機(jī)數(shù)據(jù)可以創(chuàng)造豐富的點(diǎn)云，這對(duì)指導(dǎo)參數(shù)化橋梁建模非常有用。” Ashikian說道“通過Pinto Creek的點(diǎn)云，我在周圍峽谷及其特征的真實(shí)環(huán)境背景中設(shè)計(jì)出了一座橋梁。”

  隨后轉(zhuǎn)到Revit軟件中進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，Ara把最終的橋梁文件導(dǎo)入Autodesk Revit，以執(zhí)行更詳細(xì)的設(shè)計(jì)。由于該結(jié)構(gòu)的所有底層組件都是基于幾何參數(shù)，因此可以很容易地將它們導(dǎo)出到Revit和其他工具軟件中，而無須重新創(chuàng)建或執(zhí)行任何新的操作。

現(xiàn)場(chǎng)掃描文件應(yīng)用程序的示例圖像，顯示了Pinto Creek大橋的交叉線網(wǎng)格

  3DR無人機(jī)勘察的主要交付成果

  一次30分鐘的飛行勘察能帶來哪些成果？到當(dāng)天結(jié)束時(shí)，3DR已經(jīng)完成了四個(gè)主要的可交付成果：

  正交馬賽克

  通過處理358個(gè)捕獲到的圖像，3DR將整個(gè)站點(diǎn)的詳細(xì)正交馬賽克拼接在一起，提供清晰的空中數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以在Autodesk工具（如Civil 3D、Infraworks等）中進(jìn)行有效應(yīng)用的操作。

Pinto CreekPinto大橋正面影像

  數(shù)字高清模型

  3DR捕獲的可用于創(chuàng)建數(shù)字高清模型的數(shù)據(jù)，為勘察員提供了清晰、準(zhǔn)確的整個(gè)峽谷不同高度的視圖。

Autodesk Recap 360 Pro中的DEM

  覆蓋

  通過將地形勘察數(shù)據(jù)導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)掃描，并將其覆蓋在正交馬賽克上，3DR能夠輕松的將實(shí)際情況與最初的勘察計(jì)劃進(jìn)行比較，并分析出有關(guān)該位置的新見解。

  點(diǎn)云

  3DR使用ReCap 360 Pro創(chuàng)建出一個(gè)站點(diǎn)的點(diǎn)云，可以在整個(gè)設(shè)計(jì)和工程施工過程中簡(jiǎn)單地編輯、測(cè)量和做標(biāo)記注解。