消費級無人機在土方量計算中的應(yīng)用實踐

吳迪

摘 要：近年來，傾斜攝影測量技術(shù)隨著無人機技術(shù)的逐步成熟獲得新的發(fā)展，無人機傾斜攝影測量技術(shù)在測繪、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。本文主要介紹利用消費級無人機對測區(qū)進(jìn)行影像采集，生成地面實景三維模型后，在模型上進(jìn)行地面高程點采集，并計算測區(qū)土方量。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量;地面實景三維模型;土方量計算

中圖分類號：TD17文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）01-0017-03

Abstract： In recent years， with the gradual maturity of UAV technology， tilt photogrammetry technology has gained new development. UAV tilt photogrammetry technology has been widely used in surveying and mapping， forestry， agriculture and other industries. This paper introduced the method of using consumption UAV to collect the image of the survey area， after generating the three-dimensional model of the real ground scene， collecting the ground elevation points on the model， and calculating the earthwork volume of the survey area.

Keywords： tilt photogrammetry;three-dimensional model of ground real scene;earthwork calculation

1 消費級無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)

1.1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)

無人機傾斜攝影測量技術(shù)是測繪領(lǐng)域近年來發(fā)展迅猛的一項新技術(shù)，彌補了以往正射影像垂直拍攝的局限，通過控制無人機飛行平臺上相機的角度，對同一測區(qū)從垂直和4個傾斜角度共5個方向進(jìn)行拍照，采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息，將用戶引入符合人眼視覺的真實直觀世界[1-5]。特別是近年來大疆公司陸續(xù)推出了多款消費級無人機，如精靈3、精靈4系列無人機，這類消費級無人機低至幾千元，大大降低了傾斜攝影測量的成本。

1.2 無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)組成

無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)由無人機、地面站軟件和數(shù)據(jù)處理軟件三部分組成。主要設(shè)備、軟件如表1所示。

2 無人機土方量計算案例

2.1 測區(qū)概況

測區(qū)位于渭南市某學(xué)校校區(qū)，新校區(qū)建設(shè)拆遷房屋產(chǎn)生大量建筑垃圾，為清理施工場地，將施工垃圾進(jìn)行土方倒運，需要測量土方倒運量。測區(qū)原地面地勢平坦，面積約2 500 m2，觀測時間為12月份，地面附著植被大部分已經(jīng)枯萎，地表裸露較多。土方量計算范圍如圖1所示。

2.2 航線規(guī)劃

航線規(guī)劃的目的是依據(jù)測區(qū)地形和精度要求，綜合考慮無人機的航速、耗能和飛行區(qū)域等信息，為無人機設(shè)計最佳飛行航線，保證無人機快速、高效完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)[6-10]。本次飛行航線規(guī)劃軟件為武漢圓桌智慧科技有限公司開發(fā)的RTechGo，采用傾斜測量數(shù)據(jù)采集方式。航線規(guī)劃如圖2所示，飛行航線共5條，分別從前、后、左、右、上5個方向拍攝測區(qū)實景照片，航線高度55 m，航向重疊度80%，旁向重疊度70%，地面分辨率1.47 cm，照片數(shù)量211張。

2.3 像控點及影像數(shù)據(jù)采集

本次任務(wù)范圍較小，附近無合適標(biāo)線作為像控點，因此，采用擺設(shè)像控板的形式布設(shè)像控點，像控板大小為60 cm×60 cm，噴涂頂點相對的兩個三角作為標(biāo)志（見圖3）。像控點布設(shè)位置位于測區(qū)四個角點及測區(qū)中心，共計5個點（見圖4）。像控點坐標(biāo)采用Xian80坐標(biāo)系，先對規(guī)劃院提供的基準(zhǔn)點進(jìn)行點校正，然后采集5個像控點坐標(biāo)。

2.4 重建三維模型

對采集到的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，剔除個別虛化或無效數(shù)據(jù)后，通過如下步驟生成三維地面模型：①應(yīng)用影像自帶pos信息進(jìn)行空中三角計算;②加入控制點信息（刺點）后，再次進(jìn)行空中三角測量;③新建重建項目，生成三維地面模型，坐標(biāo)系選擇Xian80坐標(biāo)系，格式選擇OSGB格式。

3 土方量計算

3.1 高程點提取

清華山維公司EPS軟件的加載OSGB模型，可以三維、二維聯(lián)動采集地面地物要素。選擇提取高程點命令，以點選的方式在模型上采集地面點，選點原則與使用GNSS-RTK或全站儀進(jìn)行碎部測量選點原則一樣，注意避開樹木、草叢等附著物。首先沿著測區(qū)一周測量土方計算的范圍，共29個點，然后在測區(qū)內(nèi)地勢起伏特征點上采集點坐標(biāo)，共51個點。數(shù)據(jù)采集完成后，將高程點輸出為坐標(biāo)文件。

3.2 土方量計算

取測區(qū)四周29個邊界點的高程平均值356.822 m作為測區(qū)的原地面高程。在南方CASS軟件中用復(fù)合線將測區(qū)邊界點逐個連接起來，用命令C完成閉合。選擇DTM法，利用坐標(biāo)文件計算土方量，依據(jù)軟件提示選擇范圍和坐標(biāo)文件，得到測區(qū)土方量為7 332.6 m3，結(jié)果如圖5所示。用GNSS-RTK測量的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，計算的土方量為7 235.5 m3，相差1.3%，這是由模型選點位置與GNSS-RTK選點位置差異造成的。上述結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求，計算結(jié)果也獲得了委托方認(rèn)可。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的土方量計算方法有鋼尺丈量、GNSS-RTK測量與全站儀測量等，這些方法觀測效率較低，在地形復(fù)雜地區(qū)精度差。本文介紹的利用無人機傾斜攝影測量采集地面影像數(shù)據(jù)生成地面實景三維模型，在三維模型上進(jìn)行特征點采集，可以直觀、全面采集碎部點坐標(biāo)，大大提高了工作效率，減小了勞動強度，在地面樹木、草叢等附著物較少的地區(qū)，該方法具有很大的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹曉元.無人機傾斜攝影測量影像處理與三維建模的研究[J].江西建材，2018（1）：180-184.

[2]李騰飛.無人機傾斜攝影技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用研究[J].福建建筑，2018（10）：98-101.

[3]關(guān)麗，丁燕杰，張輝，等.面向數(shù)字城市建設(shè)的三維建模關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[J].測繪通報，2017（2）：90-94.

[4]陳淼新，袁樹才，孫雨.無人機航空攝影測量在土方平衡中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2017（12）：177-179.

[5]任斌，高利敏.免像控?zé)o人機在工程收方中的應(yīng)用[J].測繪通報，2018（8）：156-159.

[6]褚杰，盛一楠.無人機傾斜攝影測量技術(shù)在城市三維建模及三維數(shù)據(jù)更新中的應(yīng)用[J].測繪通報，2017（s1）：130-135.

[7]李俊，杜傳良，劉偉榮.等.市政工程無人機土方快速測量技術(shù)研究[J].山西建筑，2018（12）：184-185.

[8]周曉波，王軍，周偉.基于無人機傾斜攝影快速建模方法研究[J].現(xiàn)代測繪，2017（1）：40-42.

[9]曹娟.無人機傾斜攝影測量在土方量計算中的應(yīng)用[J].礦山測量，2019（5）：53-56.

[10]陳永健，陳曦.基于傾斜攝影測量技術(shù)的城市實景三維建模方法研究[J].資源信息與工程，2018（4）：127-128.