航空攝影測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

吳陽飛

摘要：近年來隨著大量工程建設(shè)的規(guī)劃與興建，工程測(cè)繪越發(fā)顯得舉足輕重，其不僅關(guān)于工程項(xiàng)目開展前的場(chǎng)地標(biāo)高及地形地貌調(diào)查，更能針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部分工程量進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，具備較好的優(yōu)越性。本文首先介紹航空攝影測(cè)量的基本定義，并從多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景介紹了航空攝影測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用情況，希望希望對(duì)相關(guān)行業(yè)人員有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：航空攝影;工程測(cè)繪;測(cè)量學(xué)

1 航空攝影測(cè)量的基本介紹

航空攝影測(cè)量指的是在飛機(jī)上用航攝儀器對(duì)地面連續(xù)攝取像片，結(jié)合地面控制點(diǎn)測(cè)量、調(diào)繪和立體測(cè)繪等步驟，繪制出地形圖的作業(yè)。其原本作用僅用于針對(duì)大范圍地形的初步了解與掌握，但隨著技術(shù)的發(fā)展，航空攝影測(cè)量的應(yīng)用范圍也越來越廣，用處也越來越多，航空攝影在常規(guī)測(cè)量工作中的占比也越來越大，日益成為重要的工程建設(shè)輔助工具。

2 踏勘應(yīng)用

為于簡(jiǎn)報(bào)清楚說明施工場(chǎng)地現(xiàn)況，踏勘時(shí)除必須一步一腳印對(duì)于施工場(chǎng)地周遭設(shè)施詳實(shí)拍照并紀(jì)錄以外，通過航空攝影方式可改善地面無法通視的缺點(diǎn)，僅采用幾張加工后的空拍透視圖即可向閱聽演示者清楚傳達(dá)施工場(chǎng)地概況。同時(shí)因空拍透視圖系踏勘當(dāng)下拍攝的影像，可避免所購買正射影像，因多年未更新致無法反映當(dāng)下施工場(chǎng)地及其周邊的相關(guān)設(shè)施情形。

3工程進(jìn)度及核查應(yīng)用

傳統(tǒng)工程系以工程預(yù)定進(jìn)度百分比與實(shí)際進(jìn)度百分比對(duì)比，并輔以施工照片及文字說明，向業(yè)主說明施工進(jìn)度及現(xiàn)況，而自航空攝影普及化后，即可通過近況空拍，并與過去拍攝透視影像并列呈現(xiàn)，可更容易看出工程標(biāo)的物于過去數(shù)月（或數(shù)年）的變化，提供更直觀的判斷。例如某新加坡財(cái)團(tuán)投資的廈門某商業(yè)綜合體，該工程自引進(jìn)航空攝影技術(shù)呈現(xiàn)工程進(jìn)度比較后，使遠(yuǎn)在新加坡的業(yè)主對(duì)于工程進(jìn)展有更明確的了解，于此同時(shí)亦提升了業(yè)主的滿意度。

公共工程經(jīng)常遭遇機(jī)關(guān)辦理工程查核或參訪，來訪人員通常系臨時(shí)編組，對(duì)于工程計(jì)劃內(nèi)容的了解不似工程團(tuán)隊(duì)成員深入，此時(shí)則可通過航空空拍透視圖幫助來賓快速了解工程全貌、施工項(xiàng)目、施工障礙等現(xiàn)況內(nèi)容。

由于施工屬于動(dòng)態(tài)發(fā)展，故工程團(tuán)隊(duì)多習(xí)慣于施工過程前、中、后拍攝影像紀(jì)錄。近年來，除一般地面視角及施工情形攝影外，亦輔以航空工具，進(jìn)行施工前拍攝影像保存施工場(chǎng)地原始風(fēng)貌、施工中對(duì)于過程的紀(jì)錄、完工后以具有張力的攝影手法呈現(xiàn)可做為爾后公司業(yè)績(jī)介紹或宣傳圖像。

4 地形測(cè)量（初步規(guī)劃階段）

以2016 年的廈門金磚道路改造項(xiàng)目為例，由于民眾陳情表示行經(jīng)該路口經(jīng)常導(dǎo)致車輛底盤碰撞道路路面，希望獲得改善，公路管理單位為向上級(jí)機(jī)關(guān)爭(zhēng)取相關(guān)道路改善預(yù)算，故向某航空攝影公司委托協(xié)助。由于該項(xiàng)目屬于立項(xiàng)階段，無相關(guān)經(jīng)費(fèi)委托測(cè)量公司辦理現(xiàn)場(chǎng)地形測(cè)量，且機(jī)關(guān)本身亦無測(cè)量隊(duì)編制，經(jīng)溝通后，由機(jī)關(guān)向轄內(nèi)承攬工程的施工單位請(qǐng)求協(xié)助地形測(cè)量作業(yè)，但所得成果未如預(yù)期，無法用于道路規(guī)劃評(píng)估使用。

因此，鑒于航空設(shè)備取得容易，且機(jī)上搭載GPS定位功能單元，應(yīng)可視為航空測(cè)量的低階機(jī)種應(yīng)用，故嘗試使用航空空拍機(jī)作為本案地形測(cè)量工具，通過案例試作，了解其可行性暨適用性，做為未來精進(jìn)使用的參考。為達(dá)足夠的影像覆蓋率及飛行穩(wěn)定性，使用空拍機(jī)作為地形測(cè)量工具前系先利用免費(fèi)航線規(guī)劃app完成任務(wù)規(guī)劃，于飛行后取得影像，并使用相關(guān)后處理軟件計(jì)算獲得地形等高線，以進(jìn)行后續(xù)道路定線、縱橫斷面設(shè)計(jì)。

經(jīng)使用航空攝影工具作為地形測(cè)量設(shè)備，可辦理后續(xù)道路設(shè)計(jì)，作為爭(zhēng)取預(yù)算階段的地形測(cè)量工具，但應(yīng)注意下列事項(xiàng)：

1）航空攝影種僅適用于初步規(guī)劃階段地形測(cè)量使用，如擬提高精度，應(yīng)使用較高階設(shè)備（如RTK）。

2）使用航空攝影辦理地形測(cè)量前，如未于現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)控制點(diǎn)，則所得坐標(biāo)與絕對(duì)坐標(biāo)誤差較大。

3）航空攝影無法穿透森林、設(shè)施（如鐵皮車棚），樹林或障礙物下方高程無法測(cè)得。

5 土方開挖計(jì)算

航空空拍影像可以后處理地形等高線、亦可自動(dòng)產(chǎn)生環(huán)境實(shí)景模型，結(jié)合上述兩項(xiàng)應(yīng)用即可運(yùn)用于開挖土方量計(jì)算。

2018 年3 月，某施工單位首次嘗試在某建筑開挖施工場(chǎng)地利用航空攝影制作實(shí)景模型，并以軟件比較兩次（2018/3/12、2018/3/15）空拍測(cè)量數(shù)據(jù)后計(jì)算土方開挖量，計(jì)算所得開挖量約1487m3，經(jīng)比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出土表報(bào)（1424m3）后，兩者差異約4.1%，評(píng)估差異來源應(yīng)來自下列原因：

1）現(xiàn)場(chǎng)停放不動(dòng)的施工機(jī)具/車輛，如挖土機(jī)、運(yùn)輸卡車，于軟件計(jì)算時(shí)將會(huì)納入體積計(jì)算。

2）現(xiàn)場(chǎng)報(bào)表系以"車上方"計(jì)算，且車斗角落通常未予填滿。

3）松實(shí)比（1.3：1.0）系施工前取樣試驗(yàn)的單一結(jié)果，因地層結(jié)構(gòu)不同，實(shí)際非屬定值。

4）一般航空攝影的GPS定位誤差較大，如使用高精度GPS，定位誤差可縮小至1公分。

此項(xiàng)技術(shù)后于2020年再以另一大型建筑開挖施工場(chǎng)地驗(yàn)證，獲得開挖量89302m3，與車上方統(tǒng)計(jì)值（約92000m3）比較，誤差則縮小至2.7%。

相較于傳統(tǒng)挖填量計(jì)算需派遣測(cè)量隊(duì)至現(xiàn)場(chǎng)收方、下載地形測(cè)量數(shù)據(jù)、后處理等才能獲得成果，使用航空攝影技術(shù)于土方挖填計(jì)算僅需執(zhí)行兩次空拍（數(shù)小時(shí)不等，視施工場(chǎng)地面積大小而定），并交由后處理軟件執(zhí)行計(jì)算即可快速取得現(xiàn)場(chǎng)量體，效率獲得大幅提升，并減少人力資源浪費(fèi)，如若使用精度較高的航空攝影機(jī)，則可大幅提高地形測(cè)量成果的準(zhǔn)確性。此項(xiàng)地形測(cè)量技術(shù)亦可用于人員不易到達(dá)的山坡地坍方量估算，并據(jù)以推估下游土石流量體，減少過去因邊坡坍方量獲取不易而使用不同經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算衍生的爭(zhēng)議，其具有可達(dá)快速抵達(dá)災(zāi)難地點(diǎn)、快速測(cè)量，并減少人員赴險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié)論

在工程測(cè)繪應(yīng)用上，利用航空飛機(jī)并搭載攝影設(shè)備，采用"鳥的視角"對(duì)于工程開工前/施工過程/竣工的影像紀(jì)錄，其后則進(jìn)一步應(yīng)用至地形測(cè)量，或利用空拍影像信息后處理成果的進(jìn)階使用（初步規(guī)劃、實(shí)景建模、土方挖填估算），使用范圍可謂十分廣泛。筆者認(rèn)為在未來，航空攝影技術(shù)將更加精進(jìn)與完善，激發(fā)更多創(chuàng)意，其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也將持續(xù)發(fā)揮至淋漓盡致。

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