楊景梅

【沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司，遼寧 沈陽 110034】

工程管理，將項目的進(jìn)度、目的、費用等因素進(jìn)行合理規(guī)劃，制訂細(xì)則。為項目進(jìn)展提供保障，因此意義重大。其中，工程審核為核心，而土方核驗是其中關(guān)鍵。審核前應(yīng)定制嚴(yán)密計劃，根據(jù)具體情況調(diào)整。

土方測量方法選擇對工程管理意義重大。傳統(tǒng)方法包含水準(zhǔn)測量、全站儀與 GPS 測量。傳統(tǒng)方法受場地影響較大，效率低，費用高。貼近式無人機航測的應(yīng)用，場地障礙物不會對測量產(chǎn)生影響[2]，具有敏捷度與地形分辨率高、人工投入低、生產(chǎn)效率高，數(shù)據(jù)信息度高等優(yōu)點。

近年貼近式傾斜攝影測量的發(fā)展，避開傳統(tǒng)模式的弊端?？梢垣@得完整顯示地形地貌特征的、高精度的DSM，同時可輸出帶有空間位置信息的正面攝影圖像數(shù)據(jù)。影像獲取流程包括明晰工作任務(wù)、項目目的確定及飛行空間請求、規(guī)劃航路、航行操作和飛行數(shù)據(jù)檢查、相片編輯、成果遞交。其流程圖詳見圖1。

圖1 作業(yè)流程圖

本文介紹貼近式傾斜攝影測量在土方驗方操作與理論，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與三維建模，測試精度，探討在土方測量中的可行性。

1 土方量計算原理與方法

1.1 現(xiàn)有土方量計算方法

由三角棱鏡法構(gòu)建三角形和網(wǎng)格得出各個三角形金字塔填挖量，并累計填挖量得出三角棱柱體法公式。

由三角形各個角高程得差異，各區(qū)域可分為以下情況:滿填滿挖或有填有挖。

各點均填或挖，見圖 2（a）所示。

式中S是三角形投影到參考面的面積；H1，H2，H3為每點取絕對值的填挖高程。

三角形每點有填、挖，分為以下兩個部分：底面呈三角錐體與四邊形的楔體，見圖 2（b）。

其中，錐體部分的體積計算公式為：

楔體部分的體積計算公式為:

式中S是三角形投影到參考面面積；H1，H2，H3各點取絕對值填挖高程， H3為頂點填挖高程[3]。

圖2 三角棱柱圖

土方測量點間距從幾米至幾十米不等，縮短點間距可提升測量精準(zhǔn)度。利用三維激光掃描儀，間距可至毫米級精度，測點密度高，加密測點少。排除儀器影響，土方測量的精度要更高，同時采用Cass軟件計算。

土方量計算包括斷面法、等高線法、方格網(wǎng)法與DTM法土方計算。每種方法各有優(yōu)缺點[4]，適用不同情況下的土方測量。

2 土方計算實例

2.1 研究區(qū)概況和總體流程

本試驗使用大疆系列多鏡頭貼近式傾斜攝影測量系統(tǒng)，通過真實的 3 D 建模方法來模擬土方石開挖和回填，使用視覺質(zhì)量進(jìn)行分析計算，改善土方平衡計算條件精度，對項目成本控制起著重要的作用。

本次土方量計算試驗研究區(qū)為位于S市東南部的某大學(xué)的部分實驗區(qū)，測區(qū)約30000m2，視野無遮擋，飛行環(huán)境良好。

采用單攝像頭無人機對區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使用 Context Captur（Smart3D）、EPS 軟件對模型進(jìn)行編輯，最后使用 CASS 軟件進(jìn)行土方平衡的計算。

2.2 無人機影像獲取

獲取步驟由場地踏勘、航路設(shè)計、無人機預(yù)備與作業(yè)組成。

設(shè)置航高為70m。航向重疊度 80%，旁向重疊度70%。設(shè)定航線起終點、航線長度、間距、方向參數(shù)，規(guī)劃為矩形航線。采集到影像地面空間分辨率為3.06cm，共采集583 幅質(zhì)量良好的圖像，包含建筑物頂部表面信息與豐富的側(cè)面紋理，并進(jìn)行空中圖像數(shù)據(jù)檢查、補拍或重新設(shè)置航線飛行。圖3為航拍成果。

圖3 航拍成果

2.3 三維建模系統(tǒng) Context Capture 進(jìn)行實景三維建模

利用Context Capture 空三計算、修正。運行結(jié)果合格后，對切塊重建，區(qū)塊收縮，構(gòu)建模型。輸出3D模型產(chǎn)品格式為 OSGB，其運行步驟如圖4所示。

圖4 Context Capture運行步驟

在創(chuàng)建模型時，密集匹配多視影像并產(chǎn)生高密度點云數(shù)據(jù)，生成不同層次的不規(guī)則三角網(wǎng)，如圖 5所示，同時得到帶有白模的三維模型，如圖 6所示。軟件可以依據(jù)每張影像提供的精確位置信息計算出每個三角網(wǎng)對應(yīng)的影像位置，然后將紋理信息與三維 TIN 模型進(jìn)行配準(zhǔn)，最終完成紋理貼附，創(chuàng)建三維模型。

圖5 測區(qū)紋理模型

圖6 測區(qū)白模模型

2.4 EPS 軟件提取高程點

EPS 可以編輯多種數(shù)據(jù)。提供基于正射影像（DOM）、實景三維模型（osgb、3ds、obj、dsm 等）、點云數(shù)據(jù)三維采集編輯工具，支持大數(shù)據(jù)瀏覽以及高效采編庫一體化，直接對接不動產(chǎn)、地理國情等專業(yè)應(yīng)用解決方案。

將建模結(jié)果輸入EPS 構(gòu)建 DSM。選擇水平切割方式對模型進(jìn)行裁剪和顯示，正向高程選擇 47.6，反向高程選擇 65.7，進(jìn)行切割。結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 模型切割前

圖8 模型切割后

在測區(qū)范圍內(nèi)，運用點選、線選、面選的方式提取高程點。成果建立以后，還可產(chǎn)生多種類型數(shù)據(jù)。能完成一般形式以及按照一定屬性要求的輸出。

2.5 Cass 進(jìn)行土方量計算

測區(qū)平地面積為 21316.1m2，高程在48.412 m～ 62.430m之間，總挖方量為12724.7m3，總填方量為 25711.3 m3。

采用 DTM 法計算土方量，將 EPS 中導(dǎo)出的 dwg 文件在 CASS 中打開，用多段線命令連接、閉合高程點，圈定土方范圍并計算。

圖8 DTM 土方計算結(jié)果圖

3 精度分析

土方測量和運算精確性同經(jīng)濟利益掛鉤，必須遵守相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，保證成果的精確。

應(yīng)用五點法，像控點分別設(shè)定在測區(qū)四角與中間。均勻設(shè)置10 個特征點作為檢查點驗核模型準(zhǔn)確度。外業(yè)應(yīng)用 GPS RTK 測量測得坐標(biāo)視為實際值。將模型上檢查點的坐標(biāo)同實際值對比，得出高程中誤差。

表1 檢查點高程誤差統(tǒng)計

3-1為高程中誤差計算公式，算出檢查點高程中誤差 0.188m，誤差在0.021m至0.443m之間。

根據(jù)《1:500、1:1000、1:2000 地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》GB/T 7930- 2008，本次精度滿足 1:500 地圖比例尺測量規(guī)范[6]。

源數(shù)據(jù)、建模誤差決定土方計算準(zhǔn)確度，DIM 土方計算的核心是數(shù)據(jù)采集。DIM 法是最貼近源數(shù)據(jù)精度的模型[7]。

4 結(jié)語

工程管理對企業(yè)的經(jīng)濟利益、質(zhì)量、形象、信譽影響巨大。選用正確方法驗核工程量，尤其是土方量計算就顯得尤為重要。

采用貼近式航測技術(shù)得出土石方量的技術(shù)具有以下優(yōu)點：

（1）該技術(shù)不受地形制約，在平坦、陡峭區(qū)域均合適；

（2）數(shù)據(jù)采集更快速；

（3）得出地形高程數(shù)據(jù)并獲得影像數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確圈定土石方計算范圍；

（4）所得 DEM 可直接導(dǎo)入軟件進(jìn)行計算分析，提高效率；

（5）減輕工作量，節(jié)約生產(chǎn)成本。

貼近式傾斜攝影測繪具有傳統(tǒng)技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。應(yīng)用貼近式航空傾斜攝影三維真實場景模型，對土方開挖回填過程進(jìn)行效法。直觀有效地進(jìn)行土方開挖運輸分析計算，并實現(xiàn)土方平衡計算的精細(xì)化，對工程造價控制、工程管理具有重要作用。