全景VR技术在隧道施工进度可视化动态监测中的应用研究——以昆楚高

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2024年7月12日发(作者：)

全景VR技术在隧道施工进度可视化动态监测中的应用研究——以昆楚高速公路大坪地隧道为

例

发布时间：2022-05-31T07:54:16.746Z 来源：《新型城镇化》2022年10期 作者： 孙凯

[导读] 隧道工程施工面临复杂的地质条件与诸多不确定性条件，如何高效、快速、低成本进行隧道工程施工进度可视化监测一直是行业研

究的热点与难点问题。本文提出一种基于定期全景VR信息采集技术的隧道施工进度可视化动态监测方法，该方法通过定期（每天、每周

或每月）对隧道实际施工形象进度进行采集，再通过专业全景处理软件及播放器形成方便查看和分享的隧道施工动态监控全景VR场景。

孙凯

云南昆楚高速公路投资有限公司

摘要：隧道工程施工面临复杂的地质条件与诸多不确定性条件，如何高效、快速、低成本进行隧道工程施工进度可视化监测一直是行

业研究的热点与难点问题。本文提出一种基于定期全景VR信息采集技术的隧道施工进度可视化动态监测方法，该方法通过定期（每天、每

周或每月）对隧道实际施工形象进度进行采集，再通过专业全景处理软件及播放器形成方便查看和分享的隧道施工动态监控全景VR场景。

本文以昆楚高速公路大坪地隧道为研究对象，实践证明，该方法能够高效、快速、低成本的解决隧道工程施工进度可视化监测难题，而且

场景能够方便的进行分享和查看，为专家和领导远程决策以及实时掌握工程动态提供了一条全新的技术路线与方法。

关键词：全景VR，隧道，施工进度，动态监测

Abstract: Tunnel construction is faced with complex geological conditions and many uncertain conditions. How to carry out the visual monitoring

of tunnel construction progress with high efficiency, high speed and low cost has always been a hot and difficult problem in the industry. This paper

proposes a visual dynamic monitoring method of tunnel construction progress based on periodic panoramic VR information acquisition technology.

This method collects the actual image progress of tunnel construction on a regular basis (every day, every week or every month), and then forms a

panoramic VR scene of tunnel construction dynamic monitoring which is convenient to view and share through professional panoramic processing

software and player. This paper takes dapingdi tunnel of Kunming Chuzhou expressway as the research object. The practice shows that this method can

solve the problem of visual monitoring of tunnel construction progress efficiently, quickly and at low cost, and the scene can be easily shared and

viewed. It provides a new technical route and method for experts and leaders to make remote decisions and master the project dynamics in real time.

Keywords: VR panorama, tunnel, construction schedule, dynamic monitoring

0. 引言

隧道工程施工面临复杂的地质条件与诸多不确定性条件，因此进度控制与监测始终是隧道工程管理的重点和难点问题。陈豪雄

（1989）通过对40条铁路线上2002座隧道的实际调查资料,用数理统计分析的方法,找出隧道长度、围岩类别、设置辅助导坑的数目与隧道施

工进度之间的内在规律及定量指标值[1]。随着管理科学与分析方法的发展，一些学者着手研究隧道施工进度控制与分析的定量化方法与模

型并取得了一些成就，如刘志春，刘勇，秦培文（2004）将统计方法用于东秦岭特长隧道[2]；章勇武.马国丰,尤建新（2005）将PDCA管理

法与隧道施工进度控制相结合,提出了相应的隧道施工进度滚动柔性控制方法[3]；翟中祥（2007）结合工程实际,从出渣机械、通风机械、劳

动力的配置及通风机械的选择等方面研究加快工程进度的方法[4]；王松（2013）将S型曲线应用于隧道施工进度控制研究中[5]。近年来，

随着计算机技术与信息化技术的发展，隧道施工进度监控逐步向可视化方向发展并迅速成为当前的研究热点问题，黄伟敏，张金苍

（2008）采用AutoCAD平台作为支撑软件,基于Object ARX技术,用Visual C++语言编程开发的隧道施工进度辅助设计系统的开发方法及其核

心模块算法[6]；赵龙,闵世平,赵亮亮（2013）将三维GIS方法应用于隧道开挖施工进度监控中[7]；而后一些专家学者也尝试采用DEMATEL-

ISM模型[8]、BIM技术[9]、WSR-GCM模型[10]、Unity交互引擎[11]等技术开展相关研究。传统研究在隧道工程施工进度监控方面取得了一

些成就与积累，但是主要存在监控手段复杂、监控成本高昂、监控结果不够直观等问题。虽然信息化和数字化技术能够通过虚拟建模手段

实现隧道工程的施工进度可视化监控，但是其结果往往是停留在虚拟建模的基础上，缺少对隧道真实场景的实时动态更新。近年来，一种

基于720︒静态图像的全景VR技术被广泛应用于校园漫游、博物馆、旅游等领域[12～14]，该方法具有成本较低、数据获得速度快、影像是

场景的真实复原等优势。鉴于此，本文提出一种基于定期全景VR信息采集技术的隧道施工进度可视化动态监测方法，该方法通过定期（每

天、每周或每月）对隧道实际施工形象进度进行采集，再通过专业全景处理软件及播放器形成方便查看和分享的隧道施工动态监控全景VR

场景，解决了如何高效、快速、低成本进行隧道工程施工进度监测的难题。

1. 技术路线

隧道施工进度可视化动态监测全景VR技术的实现主要通过五个步骤，即：拍摄设备准备、照片数据定期采集、照片数据优化处理、全

景照片拼接成型、全景浏览器场景搭建。

1.1 拍摄设备准备

目前，实现全景照片采集的设备主要有单反相机、手机、全景相机、全景云台，根据工程的精度、拍摄时间要求选择合适的拍摄设

备。

1.2 照片数据定期采集

根据目前施工技术水平，公路隧道工程每天进尺为4米左右，重要的施工步骤主要包括：断面爆破及清理、初级支护、拱圈浇筑、二次

衬砌、沉降观测等，为了能够动态反应隧道工程施工的真实情况，可根据工程需要定期采集各个施工步骤的真实场景照片数据。工程中，

定期采集数据频率通常为每周或每月，对于特别重要的施工段也可以适当缩短频率。

1.3 照片数据优化处理

隧道施工的特点决定了隧道内施工中会使用大功率探照灯，这为照片采集带来了一定的难度，通常照片拍摄后其曝光度及噪点会对照

片质量产生较大的影像，因此应该对原始照片进行专业的优化处理。

1.4 全景照片拼接成型

全景照片利用单张照片之间具有一定的重叠度，通过查找不同照片中的共同特征点对单张照片进行拼接，最终形成长宽比为2：1的单

张全景照片图。

1.5 全景浏览器场景搭建

将拼接好的单张全景图导入专业全景浏览器中，按隧道施工进度监测要求搭建全景场景，主要包括：工程简介、单位简介、一键导

航、隧道点位标注、隧道行进方向导引添加等。为了增强全景场景的应用价值，在全景场景中可以通过添加热点的方式将工程质量、工程

造价、工程安全、人员信息等重要内容编辑成pdf、图片、视频等方式进行添加，从而实现更加完善的隧道施工进度动态监测全景VR场景，

该场景可以通过微信、网页链接的方式进行查看和分享。

2. 应用案例

本文以昆楚高速公路大坪地隧道为例，展开相关工程实践及研究。大坪地隧道为昆楚高速公路中的一座分离式隧道，左右幅隧道测中

线距离为23m～40m，累计总长为7225m。隧道区海拔高程1700～1936m，相对高差236m，洞底设计高程为1687～1707m，隧道属于构造剥

蚀低中山地貌，隧道进出口地形较缓，但无可供交通通行道路，交通困难。

项目采用专业单反相机与全景云台相结合的方式获取隧道施工状态真实数据，根据隧道长度及镜头焦距，本项目拍照间隔为200米/

点，照片格式为raw，以便后期进行专业优化。再利用Photoshop专业处理软件，对原始照片中曝光及噪点进行处理，将处理好的照片重新保

存，以便后期进行全景图片合成使用。

目前，全景合成较为主流的软件为Ptigui，将优化处理好的照片数据导入Ptigui软件中，导入过程如图1所示。

图4 大坪地隧道施工动态监测全景VR初始场景展示图1

通过点选不同全景场景图片可以方便快捷的查询大坪地隧道全线施工真实场景，如图5所示。

图6 大坪地隧道施工动态监测全景VR初始场景展示图3

3. 结束语

本文以昆楚高速公路大坪地隧道为研究对象，利用全景VR定期采集技术实现了隧道工程施工动态监测，通过多信息集成的方法实现了

在全景VR场景中实时查看工程概况、企业简介、工程进度、工程质量、工程安全、工程导航等信息的功能，该场景能够方便的进行分享和

查看，为专家和领导远程决策以及实时掌握工程动态提供了一条全新的技术路线与方法。

参考文献

[1]陈豪雄.对影响铁路隧道施工进度因素的探讨[J].石家庄铁道学院学报.1989, (01)

[2]刘志春，刘勇，秦培文. 东秦岭特长隧道平行导坑快速施工组织管理与进度统计分析[J].石家庄铁道学院学报.2004, (02)

[3]章勇武,马国丰,尤建新.基于PDCA的隧道施工进度柔性控制[J].地下空间与工程学报.2005, (05)

[4]翟中祥.加快高原隧道施工进度的技术措施[J].石家庄铁路职业技术学院学报.2007, (01)

[5]王松.S曲线进度控制在隧道施工中的应用[J].山西建筑.2013,39(30)

[6]黄伟敏，张金苍.基于ARX的隧道施工进度辅助设计系统开发[J].铁路计算机应用.2008, (09)

[7]赵龙,闵世平,赵亮亮.三维GIS在三台阶七步开挖法隧道工程进度管理中的应用[J].中国建设信息.2013, (22)

[8]郭彤,陈怀志,姜剑.基于DEMATEL-ISM的高速公路隧道施工进度影响因素分析[J].工程经济.2019,29(12)

[9]张晓洋.BIM技术在隧道工程进度管理中的应用施工技术[J].2020,49(09)

[10]王张军,顾伟红,李健强.基于WSR-GCM的地铁TBM施工进度风险评价[J]. 铁道标准设计.2020,64(09)

[11]华俊杰,包伟.基于Unity3D平台的分离式长隧道掘进进度管理系统的研究与应用[J].建筑技术开发.2021,48(05)

[12]石权洲，黄国政. 基于3ds Max与Pano2VR的校园全景漫游系统[J].信息与电脑(理论版).2014,(20)

李渴，程建川.道路三维模型的VR全景建模方法[J].山东交通科技.2018, (03)

孙晓艳.基于VR全景技术的博物馆陈列展览数字化的研究与探索[J].电子世界.2019

[13]

[14]

本文标签： 隧道全景施工进度工程监测