韓飛落

【摘要】采用GPS技術(shù)、BIM+VR技術(shù)，在VR設(shè)備中植入GPS差分定位芯片，實現(xiàn)在空曠地區(qū)VR設(shè)備精確定位。同時，將操作者精確定位于BIM模型中，實現(xiàn)VR設(shè)備中BIM模型的精確定位。在BIM模型及VR設(shè)備的精確定位之后，操作人員通過穿戴VR眼鏡，在視界中的地面上直接顯示待放樣點位置，操作人員直接做好點位標(biāo)記即可完成放樣工作，實現(xiàn)可視化放樣。該裝置還適用于狹窄、遮擋嚴(yán)重等區(qū)域，克服了傳統(tǒng)測量設(shè)備的短板。

【關(guān)鍵詞】GPS;VR;CORS;網(wǎng)絡(luò);可視化

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.096

1、概況

目前，國內(nèi)、外工程測量定位方法主要有GPS-RTK、全站儀+棱鏡、經(jīng)緯儀+鋼卷尺等。GPS-RTK雖然能保證工作效率，不受通視條件限制，但是對于精密工程，無法保證測量精度，且當(dāng)有障礙物遮擋時，對精度影響較大;全站儀+棱鏡法雖然能保證精密工程測量精度，但是效率較低，且受通視條件影響較大;經(jīng)緯儀+鋼卷尺法僅適用于小范圍作業(yè)，且作業(yè)效率低、精度較差、受通視條件影響大等。

以上方法均不能兼顧精度、效率和成本，使用條件限制因素較多。隨著社會和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)呈規(guī)?；?、綜合化和復(fù)雜化發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)工程測量方法已日趨不能滿足需求。當(dāng)前規(guī)模較大的綜合性工程，基本上綜合使用了上述三種傳統(tǒng)測量方法。但是，上述測量方法本身存在的弊端同工程施工越來越高的要求之間的矛盾越來越突出。隨著建筑施工市場競爭日趨激烈，亟需一種新的測量方法和設(shè)備用來保證測量施工工藝的適用性和先進(jìn)性。

2、新方法研究思路

限于當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)、VR技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展速度，BIM+VR測量技術(shù)目前還無法實現(xiàn)實際應(yīng)用，本研究思路作為未來工程測量新方法的探索，以期在未來能夠?qū)崿F(xiàn)或為行業(yè)內(nèi)人員突破現(xiàn)有測量方法提供參考。

2.1 新設(shè)備的研發(fā)

該新技術(shù)需要使用GPS差分定位技術(shù)和VR技術(shù)，因此，需要對VR設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計并植入高精度測地型雙頻GNSS接收機(jī)芯片（兼容GPS、BDS、GLONASS等定位系統(tǒng)），GNSS接收機(jī)具備靜態(tài)和實時動態(tài)定位測量功能。GNSS接收機(jī)既可以植入到VR后臺設(shè)備，也可以植入到VR移動終端設(shè)備。

VR移動終端與后臺主機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)（兼容5G及以上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、連續(xù)性、準(zhǔn)確性和保密性）連接，數(shù)據(jù)傳輸距離不宜小于50km。VR移動終端設(shè)備設(shè)計成便攜式眼鏡裝置。鏡片既可以當(dāng)作模型顯示的屏幕，也應(yīng)具有普通眼鏡的透視性，保證穿戴人員行走時的安全和便利。

VR設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)大型BIM模型載入及模型輕量化處理功能。BIM模型事先通過Revit軟件進(jìn)行全區(qū)域建模并保證建筑結(jié)構(gòu)位置、尺寸的準(zhǔn)確性。模型中應(yīng)將場區(qū)內(nèi)、外測量控制點包含在內(nèi)，并保證其位置的準(zhǔn)確性。

為了實現(xiàn)測量功能和人機(jī)交互，還需要開發(fā)手持終端設(shè)備，內(nèi)置專業(yè)測量系統(tǒng)。支持BIM模型導(dǎo)入、數(shù)據(jù)傳輸、模型數(shù)據(jù)提取、常規(guī)工程測量所需功能等。手持終端設(shè)備還需兼容VR手柄功能，支持操作人員在模型中自由漫游。

為了實現(xiàn)智能化測量，在手持終端設(shè)備中嵌入智能AI芯片，輔助操作人員完成大量復(fù)雜而又重復(fù)的工作。比如，自動識別現(xiàn)場標(biāo)記的測量點并采集坐標(biāo)后反饋到模型中，與模型相應(yīng)位置的理論坐標(biāo)進(jìn)行對比并生成測量誤差數(shù)據(jù)對比表格，供操作人員復(fù)核測量成果。

2.2 新方法工作原理

新方法工作原理主要由以下三部分構(gòu)成：

2.2.1模型定位

在Revit軟件中，通過Autodesk Point Layout插件，利用施工坐標(biāo)系控制點坐標(biāo)將BIM模型定位至施工坐標(biāo)系中。這樣，BIM模型中任意位置的空間坐標(biāo)即為施工坐標(biāo)系坐標(biāo)。

2.2.2 VR終端設(shè)備（VR眼鏡）定位

為了保證操作者能夠以第一視角準(zhǔn)確地“看清”BIM模型中各部位的位置，VR眼鏡必須準(zhǔn)確地定位至BIM模型場景中。因此，需要將VR眼鏡通過測量基座與測量三腳架連接在一起，并準(zhǔn)確地架設(shè)在現(xiàn)場施工控制點上。利用CORS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行GPS-RTK點校正，依次校正至少3個均勻分布的控制點，其中高程控制點至少3個。VR眼鏡只需要進(jìn)行一次全區(qū)域點校正，之后每次測量前及結(jié)束后均需校核1個控制點。

2.2.3放樣

操作者戴上VR眼鏡，通過手持終端設(shè)備打開模型后，可以切換模型場景是否投影到VR眼鏡。在手持終端設(shè)備上可根據(jù)模型構(gòu)件的類型和特征批量選擇并生成特征點坐標(biāo)，同時在模型中顯示點名。根據(jù)需要，選擇需要測量的點，則VR設(shè)備上閃爍顯示（或其他形式）當(dāng)前需要測量的點的位置。操作人員根據(jù)VR眼鏡中的提示，在施工現(xiàn)場的場地上可以直接“看到”該測量點，只需將該點在工作面上標(biāo)記出來就能完成該點測量。以此類推，即可完成其他位置的測量工作。

對于隱蔽、遮擋嚴(yán)重或者通視條件差的區(qū)域，該測量新技術(shù)都可以適用。該測量新技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸及交換全部通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)，只要有互聯(lián)網(wǎng)的地方，均可應(yīng)用該技術(shù)。操作人員在BIM模型中的空間位置，隨著人員的移動，人員在現(xiàn)實與虛擬空間上的位置實時動態(tài)同步變化并保持一致、比例尺相同。

2.2.4測量及復(fù)核

通過VR眼鏡的測量技術(shù)，將所有放樣完成的點采集至設(shè)備中，并與模型中該點的理論位置進(jìn)行自動匹配和校核。最后，以測量誤差表格的形式導(dǎo)出，供測量人員檢查、核對。實現(xiàn)數(shù)據(jù)來自于模型，最終又回到模型，達(dá)到測量數(shù)據(jù)閉合驗證、復(fù)核測量成果的目的。

3、新方法優(yōu)勢

將現(xiàn)實世界與虛擬空間結(jié)合在一起，以虛實結(jié)合的方式實現(xiàn)了真正意義上的可視化測量。實現(xiàn)了戴上VR眼鏡就能在待測量區(qū)域“看到”需要測量的點的實際位置，操作人員直接做好點標(biāo)記即可。大幅度地提高了測量效率，降低了測量出錯率。新方法采用一套模型、一次性定位，避免了誤差累積。

整個過程只需要一個人、一套設(shè)備，節(jié)約了至少50%的人力資源。實現(xiàn)了平面和高程同步測量，節(jié)省了大量的常規(guī)測量儀器設(shè)備，新方法大幅度地降低了施工成本。

結(jié)語：

該測量新方法一舉打破了傳統(tǒng)工程測量格局，可以為整個行業(yè)大大減輕對進(jìn)口設(shè)備及零部件的依賴，加快了傳統(tǒng)測量技術(shù)和設(shè)備淘汰及轉(zhuǎn)型的步伐。

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