Автоматизация мониторинга строительных работ на основе лазерного сканирования с беспилотных воздушных судов

Автоматизация мониторинга строительных работ на основе лазерного сканирования с беспилотных воздушных судов

Автор: Рада А.О., Кузнецов А.Д., Зверев Р.Е., Тимофеев А.Е.

Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild

Рубрика: Результаты исследований ученых и специалистов

Статья в выпуске: 4 т.15, 2023 года.

Бесплатный доступ

Введение. Существующие публикации и технологии по цифровому моделированию объектов строительства предполагают значительные затраты и длительность выполнения работ. Для мониторинга и контроля значительного количества объектов необходима разработка технологий лазерного сканирования только с беспилотных воздушных судов без наземной съемки. Материалы и методы. В исследовании использовано беспилотное воздушное судно типа «гексакоптер» с лазерным сканером, специализированное программное обеспечение для работы с данными аэрофотосъемки и лазерного сканирования, в том числе разработанное авторами. При разработке алгоритма сравнения облаков точек использован метод октантов. Результаты и обсуждение. В ходе исследования разработана технология автоматизации мониторинга и контроля строительных работ, в соответствии с которой однократно выполняется аэрофотосъемка и строится ортофотоплан объекта (для размещения данных лазерного сканирования). Затем с определенной периодичностью проводится лазерная съемка с беспилотного воздушного судна, формируются плотные облака точек на разные даты. Для их сравнения разработан линейный вычислительный алгоритм, который по данным о двух плотных облаках точек позволяет получить результирующее облако, которое отражает прогресс в выполнении строительных работ. Особенностью алгоритма является то, что поиск точек ведется не по всему облаку, а в границах октантов. Это ускоряет обработку данных и снижает нагрузку на вычислительные мощности. Технология получила программную реализацию в веб-приложении «Система управления мониторингом строительных работ на объектах, прошедших государственную экспертизу». Она дает возможность пользователю быстро получить визуальное представление об изменении строительного объекта за выбранный период, провести все необходимые измерения (координат, геометрических параметров, расхода материалов и др.). Выводы. Разработанная технология автоматизации мониторинга строительных работ может использоваться застройщиками, заказчиками, государственными и муниципальными органами власти для быстрого получения информации в целях контроля и поддержки принятия управленческих решений.

Еще

Строительные работы, строительный контроль, лазерное сканирование, цифровые технологии, беспилотное воздушное судно, информационная модель здания, плотные облака точек

Короткий адрес: https://sciup.org/142238810

IDR: 142238810   |   DOI: 10.15828/2075-8545-2023-15-4-373-382

Список литературы Автоматизация мониторинга строительных работ на основе лазерного сканирования с беспилотных воздушных судов

  • Schnell P., Haag P., Jünger H.C. Implementation of digital technologies in construction companies: establishing a holistic process which addresses current barriers. Businesses. 2023; 3(1): 1–18. https://doi.org/10.3390/businesses3010001
  • Luo H., Lin L., Chen K., Antwi-Afari M. F., Chen L. Digital technology for quality management in construction: A review and future research directions. Developments in the Built Environment. 2022; 12: 100087. https://doi.org/10.1016/j.dibe.2022.100087
  • Adekunle P., Aigabvboa C., Thwala W., Akinradewo O., Oke A. Challenges confronting construction information management. Frontiers in Built Environment. 2022; 8: 1075674. https://doi.org/10.3389/fbuil.2022.1075674
  • Aliu J., Oke A.E. Construction in the digital age: exploring the benefits of digital technologies. Built Environment Project and Asset Management. 2023; 13(3): 412-429. https://doi.org/10.1108/BEPAM-11-2022-0186
  • Ammar A., Nassereddine H., AbdulBaky N., AbouKansour A., Tannoury J., Urban H., Schranz C. Digital twins in the construction industry: a perspective of practitioners and building authority. Frontiers in Built Environment. 2022; 8: 834671. https://doi.org/10.3389/fbuil.2022.834671
  • Papadonikolaki E., Krystallis I., Morgan B. Digital technologies in built environment projects: review and future directions. Project Management Journal. 2022; 53(5): 501–519. https://doi.org/10.1177/87569728211070225
  • Fargnoli M., Lombardi M. Building Information Modelling (BIM) to enhance occupational safety in construction activities: research trends emerging from one decade of studies. Buildings. 2020; 10(6): 98. https://doi.org/10.3390/buildings10060098
  • Ferdosi H., Abbasianjahromi H., Banihashemi S., Ravanshadnia M. BIM applications in sustainable construction: scientometric and stateof-the-art review. International Journal of Construction Management. 2023; 23(12): 1969–1981. https://doi.org/10.1080/15623599.2022.2029679
  • Xu X., Mumford T., Zou P. Life-cycle building information modelling (BIM) engaged framework for improving building energy performance. Energy and Buildings. 2021; 231: 110496. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110496
  • Jiang Y. Intelligent building construction management based on BIM digital twin. Computational Intelligence and Neuroscience. 2021; 2021: 4979249. https://doi.org/10.1155/2021/4979249
  • Su S., Zhong R.Y., Jiang Y. Digital twin and its applications in the construction industry: A state-of-art systematic review. Digital Twin. 2022; 2: 15. https://doi.org/10.12688/digitaltwin.17664.1
  • Рада А.О., Кузнецов А.Д., Зверев Р.Е., Акулов А.О. Перспективы мониторинга состояния тепловых сетей путем тепловизионного обследования // Уголь. 2022. № S12. С. 149–154. http://doi.org/10.18796/0041-5790-2022-S12-149-154
  • Бузало Н.А., Кундрюцков Д.Н., Пономарев Р.Р. Применение беспилотных летательных аппаратов при обследовании зданий и сооружений // Строительство и архитектура. 2022. Т. 10. № 1. С. 6–10. https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-10-1-6-10
  • Siwiec J. Comparison of airborne laser scanning of low and high above ground level for selected infrastructure objects. Journal of Applied Engineering Sciences. 2018; 8(2): 89–96. https://doi.org/10.2478/jaes-2018-0023
  • Szczepański M. Vision-based detection of low-emission sources in suburban areas using unmanned aerial vehicles. Sensors. 2023; 23(4): 2235. https://doi.org/10.3390/s23042235
  • Pikalov S., Azaria E., Sonnenberg S., Ben-Moshe B., Azaria A. Vision-less sensing for autonomous micro-drones. Sensors. 2021; 21(16): 5293. https://doi.org/10.3390/s21165293
  • Liang H., Lee S-C., Bae W., Kim J., Seo S. Towards UAVs in construction: advancements, challenges, and future directions for monitoring and inspection. Drones. 2023; 7(3): 202. https://doi.org/10.3390/drones7030202
  • Rashdi R., Martínez-Sánchez J., Arias P., Qiu Z. Scanning technologies to building information modelling: a review. Infrastructures. 2022; 7(4): 49. https://doi.org/10.3390/infrastructures7040049
  • Aryan A., Bosché F., Tang P. Planning for terrestrial laser scanning in construction: a review. Automation in Construction. 2021; 125: 103551. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103551
  • Moon D., Chung S., Kwon S., Seo J., Shin J. Comparison and utilization of point cloud generated from photogrammetry and laser scanning: 3D world model for smart heavy equipment planning. Automation in Construction. 2019; 98: 322–331. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2018.07.020
  • Jo Y.H., Hong S. Three-dimensional digital documentation of cultural heritage site based on the convergence of terrestrial laser scanning and unmanned aerial vehicle photogrammetry. ISPRS International Journal of Geo-Information. 2019; 8(2): 53. https://doi.org/10.3390/ijgi8020053
  • Adhikary R., Parikh K. Drone mapping versus terrestrial laser scanning for building mapping and assessment. Journal of Remote Sensing & GIS. 2021; 10: 283.
  • Tysiac P., Sieńska A., Tarnowska M., Kedziorski P., Jagoda M. Combination of terrestrial laser scanning and UAV photogrammetry for 3D modelling and degradation assessment of heritage building based on a lighting analysis: case study – St. Adalbert Church in Gdansk, Poland. Heritage Science. 2023; 11: 53. https://doi.org/10.1186/s40494-023-00897-5
  • Luhmann T., Chizhova M., Gorkovchuk D. Fusion of UAV and terrestrial photogrammetry with laser scanning for 3D reconstruction of historic churches in Georgia. Drones. 2020; 4(3): 53. https://doi.org/10.3390/drones4030053
  • Sobura S., Bacharz K., Granek G. Analysis of two-option integration of unmanned aerial vehicle and terrestrial laser scanning data for historical architecture inventory. Geodesy and Cartography. 2023; 49(2): 76–87. https://doi.org/10.3846/gac.2023.16990
  • Wang X. Application of 3D digital modeling technology in the construction of digital cities. Journal of Geographic Information System. 2023; 15(1): 98–109. https://doi.org/10.4236/jgis.2023.151006
  • Bouziani M., Chaaba H., Ettarid M. Evaluation of 3D building model using terrestrial laser scanning and drone photogrammetry. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2021; XLVI-4/W4-2021; 2021: 39–42. https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLVI-4-W4-2021-39-2021
  • Nap M-E., Chiorean S., Cira C-I., Manso-Callejo M-Á., Păunescu V., Șuba E-E., Sălăgean T. Non-destructive measurements for 3D modeling and monitoring of large buildings using terrestrial laser scanning and unmanned aerial systems. Sensors. 2023; 23(12): 5678. https://doi.org/10.3390/s23125678
  • Kartini G.A.J., Saputri N.D. 3D Modeling of Bosscha Observatory with TLS and UAV integration data. Geoplanning: Journal of Geomatics and Planning. 2022; 9(1): 37–46. https://doi.org/10.14710/geoplanning.9.1.37-46
  • Wu C., Yuan Y., Tang Y., Tian B. Application of terrestrial laser scanning (TLS) in the architecture, engineering and construction (AEC) industry. Sensors. 2022; 22(1): 265. https://doi.org/10.3390/s22010265
  • Гутников В.А., Точилин О.Н. Лазерное сканирование объектов и территорий архитектурного и археологического наследия // Градостроительство. 2022. № 5–6. С. 39–44. EDN: EYUJET.
  • Азаров Б.Ф., Карелина И.В. Наземное лазерное сканирование как инструмент для формирования информационных моделей зданий и сооружений // Геодезия и картография. 2019. № 6. С. 16–23. https://doi.org/10.22389/0016-7126-2019-948-6-16-23. EDN: DGOUPS.
  • Середович В.А., Алтынцев М.А., Егоров А.К. Определение индекса ровности дорожного покрытия по данным мобильного лазерного сканирования // Вестник Сибирского государственного университета геосистем и технологий. 2017. Т. 22. № 3. С. 33–44. EDN: ZHICHF.
  • Герасюк Е.А., Комиссаров А.В. Применение наземного лазерного сканирования для инженерно-геодезических изысканий при реконструкции автомобильных дорог // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2017. Т. 9. № 1. С. 37–42. EDN: YUEHEF.
  • Азаров Б.Ф., Алейникова Е.В. Оценка точности регистрации результатов сканирования на участке автомобильной дороги Р-257 «Енисей» (км 299+900 – км 304+900) // Ползуновский альманах. 2020. № 2–1. С. 4–9. EDN: SBJDCU.
  • Wei W., Ghafarian M., Shirinzadeh B., Al-Jodah A., Nowell R. Posture and map restoration in SLAM using trajectory information. Processes. 2022; 10(8): 1433. https://doi.org/10.3390/pr10081433
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp