基于无人机和数字孪生的边坡施工安全动态评估与反馈方法

doi:10.13474/j.cnki.11-2246.2025.0522

测绘通报 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (5): 131-137.doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2025.0522

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基于无人机和数字孪生的边坡施工安全动态评估与反馈方法

陈超¹, 阿迪力·如苏力¹, 李晓军¹, 芮易¹, 吕艳云¹, 路林海²

1. 同济大学土木工程学院, 上海 200092;
2. 济南交通发展投资有限公司济莱高铁工程项目部, 山东济南 250000

收稿日期:2024-09-06 发布日期:2025-06-05
通讯作者: 阿迪力·如苏力。E-mail:adil@tongji.edu.cn
作者简介:陈超(1992—),男,博士生,研究方向为智能建造与数字孪生。E-mail:809824817@qq.com
基金资助:
山东省重点研发计划(2021CXGC011203)

Dynamic feedback method for slope construction based on UAV and digital twin

CHEN Chao¹, ADILI Rusuli¹, LI Xiaojun¹, RUI Yi¹, LV Yanyun¹, LU Linhai²

1. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. Jilai High-speed Railway Project Department, Jinan Transportation Development Investment Co., Ltd., Jinan 250000, China

Received:2024-09-06 Published:2025-06-05

摘要/Abstract

摘要： 无人机(UAV)技术与数字孪生技术在工程应用的不断拓展,为提升工程监测与管理水平提供了新的契机。针对高边坡工程中的不利工况对工程安全和周边环境构成严重威胁,本文提出了一种基于无人机和数字孪生技术的边坡施工安全动态评估与反馈方法,以提高边坡工程的安全性和效率。首先,通过工程现场测试给出无人机采集边坡工程虚拟多目数字图像的方法与步骤,采集边坡图像数据,并基于SFM-MVS算法构建边坡工程的三维数字模型;其次,通过基于体素的空间几何分析算法,动态计算边坡开挖宽度和深度;然后,采用点云切片细分模型,通过考虑空间延展的边坡露头结构面产状识别算法获取结构面几何参数;最后,将这些数据映射到数字模型,建立与实际边坡对应的数字孪生模型,通过持续的数据采集、分析和模拟,对施工活动引起的边坡稳定性变化进行即时评估和反馈。结果表明,该方法可增强边坡稳定性分析的及时性与准确性,为边坡工程提供新的预防与应对机制。

关键词: 边坡工程, 无人机, 数字孪生, 稳定性分析, 动态更新

Abstract: With the continuous expansion of unmanned aerial vehicle(UAV) and digital twin technologies in engineering applications, new opportunities are provided to enhance engineering monitoring and management levels. Addressing the serious threats posed by adverse conditions in high-slope projects to engineering safety and the surrounding environment, this paper proposes a dynamic feedback method for slope construction safety based on UAV and digital twin technology, aiming to improve the safety and efficiency of slope engineering. Firstly, the method and steps for UAV to collect virtual multi-view digital images of slope engineering are provided through on-site testing. Slope image data is collected, and the SFM-MVS algorithm is used to construct a 3D digital model of the slope engineering.Next, by utilizing a voxel-based spatial geometric analysis algorithm, the excavation width and depth of the slope are dynamically calculated.Then, a point cloud slicing subdivision model is employed, and a structural surface orientation recognition algorithm that considers the spatial extension of the slope outcrop is used to obtain geometric parameters of the structural surface. Finally these data are mapped onto the digital model to establish a digital twin model corresponding to the actual slope.Through continuous data collection, analysis, and simulation, immediate assessment and feedback on slope stability changes caused by construction activities are conducted. The results show that this research method can enhance the timeliness and accuracy of slope stability analysis, providing new prevention and response mechanisms for slope engineering.

Key words: slope engineering, UAV, digital twin, stability analysis, dynamic update

中图分类号:

P258

陈超, 阿迪力·如苏力, 李晓军, 芮易, 吕艳云, 路林海. 基于无人机和数字孪生的边坡施工安全动态评估与反馈方法[J]. 测绘通报, 2025, 0(5): 131-137.

CHEN Chao, ADILI Rusuli, LI Xiaojun, RUI Yi, LV Yanyun, LU Linhai. Dynamic feedback method for slope construction based on UAV and digital twin[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2025, 0(5): 131-137.

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Dynamic feedback method for slope construction based on UAV and digital twin

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