鄧虎

摘要：無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展，豐富了高精度地形地貌數(shù)據(jù)的獲取手段，提升了數(shù)據(jù)質(zhì)量和工作效率，也為土方精確測(cè)量開辟了新思路。本文結(jié)合無人機(jī)航測(cè)技術(shù)，提出了一種基于DTM快速計(jì)算土方測(cè)量的方法，為相關(guān)工作提供借鑒[1]。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);土方測(cè)量

引言

土方測(cè)量和計(jì)算是工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，其計(jì)算效率與精度取決于地形測(cè)量點(diǎn)位的精度和密度。本文針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式效率低、作業(yè)復(fù)雜等問題，對(duì)基于無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的土石方測(cè)算方法進(jìn)行了研究。研究表明，該技術(shù)在外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率及內(nèi)業(yè)處理方面均有較大提升，土石方計(jì)算的精度能滿足要求，驗(yàn)證了該技術(shù)在土石方測(cè)算中的適用性與可行性，為日后在土地平整規(guī)劃、土方工程量快速測(cè)算中提供了一種有效途徑[2]。

1概述

隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基建項(xiàng)目越來越多，在許多建筑工程的施工中，通常需要計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)的土方填挖量。土方量計(jì)算的本質(zhì)就是開方前的三維曲面與開方后的三維曲面之差，這里所指的三維曲面可以是自然地表面，也可以是設(shè)計(jì)表面。傳統(tǒng)的土方測(cè)量方法一般是采用全站儀和GPS來獲取數(shù)據(jù)，但是這種測(cè)量方法會(huì)受現(xiàn)場(chǎng)地形的復(fù)雜條件而受到阻礙和限制，尤其在荊棘雜草叢生的地方進(jìn)行測(cè)量就比較困難，而且其精度也會(huì)隨著地形的復(fù)雜程度增加而呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。最近幾年有些工程采用三維激光掃描儀進(jìn)行土方數(shù)據(jù)的采集，雖然三維激光掃描儀在采集數(shù)據(jù)上有著密度大、精度高的優(yōu)勢(shì)，但是內(nèi)業(yè)在每站的三維點(diǎn)云模型拼接上對(duì)人員要求較高，不同站的拼接融合誤差就直接影響了成果數(shù)據(jù)的精度，另外，對(duì)于站點(diǎn)的架設(shè)也需要人員成本的投入。

2土方計(jì)算方法

2.1方格網(wǎng)法

方格網(wǎng)法是將計(jì)算區(qū)域劃分成若干個(gè)正方形單元格網(wǎng)，然后計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)交點(diǎn)位置原始地形和完工地形的高差，每個(gè)單元格網(wǎng)內(nèi)的土石方工程量為四個(gè)交點(diǎn)位置的高差取平均值后乘以單個(gè)單元格網(wǎng)面積求得，最后匯總累加得到總填方量和總挖方量。從其計(jì)算原理上我們不難看出，方格網(wǎng)法的精度與方格網(wǎng)的寬度取值有關(guān)，理論上是，方格網(wǎng)寬度取值越小，計(jì)算精度越高。但是在實(shí)際應(yīng)用中，我們還要根據(jù)計(jì)算區(qū)域的面積來設(shè)定方格網(wǎng)寬度取值。因?yàn)榉礁窬W(wǎng)的四角高程為附近高程內(nèi)插而成，這種情況就會(huì)忽略考慮地形的特征性，所以這種方法使用于地表起伏不大的面狀地形，對(duì)于地形復(fù)雜起伏較大的區(qū)域不適合。

2.2三角網(wǎng)法

三角網(wǎng)法是通過地形表面的三個(gè)不同坐標(biāo)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)三維的三角形，通過這些三維三角形來吻合實(shí)際地形的形狀，這些不同的三維三角形就構(gòu)成一個(gè)三維三角網(wǎng)，三維三角網(wǎng)就是反應(yīng)地形的一個(gè)三維面，三維三角網(wǎng)與現(xiàn)狀地形越吻合，其計(jì)算的精度就越高。它的計(jì)算原理就是采用開方前和開方后兩期的三角網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)三棱柱和三棱錐，最后通過累加每個(gè)空間立體的體積而計(jì)算得到土方量。三角網(wǎng)法對(duì)于地形起伏變化大的情況適用，但是內(nèi)業(yè)軟件生產(chǎn)的三角網(wǎng)無法智能地吻合高低起伏的地形，這就需要人工修改三角網(wǎng)使之貼合現(xiàn)狀地形，這個(gè)過程比較繁瑣，需要作業(yè)員對(duì)現(xiàn)狀地形非常熟悉。

3數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

3.1無人機(jī)飛行規(guī)劃

精靈4RTK作為大疆一款“平民化”小型多旋翼高精度航測(cè)無人機(jī)，操作簡(jiǎn)單，起飛前只需進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)體安裝。在航線規(guī)劃時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行充分踏勘，在保證飛行安全和數(shù)據(jù)精度的前提下，設(shè)定合適的飛行高度。起飛點(diǎn)選擇在視野開闊、地面空曠的區(qū)域，避開地磁干擾和強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)。飛行路徑調(diào)節(jié)時(shí)，盡可能保證航線數(shù)少;同時(shí)適當(dāng)調(diào)整方向，使航線兩端與起飛點(diǎn)之間距離差盡可能小，便于無人機(jī)在低電量時(shí)調(diào)整返航點(diǎn)，提高無人機(jī)單架次的工作效率。在飛行過程中盡可能將遙控器天線對(duì)著飛行器的方向，并保證遙控器網(wǎng)絡(luò)連接，避免遙控器斷網(wǎng)和飛行器失聯(lián)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)測(cè)量精度降低，甚至引起飛行器失聯(lián)返航。

3.2數(shù)據(jù)處理要求

精靈4RTK采集的航片，在EXIF中存儲(chǔ)了相關(guān)坐標(biāo)和姿態(tài)信息，坐標(biāo)系與飛行任務(wù)設(shè)置需要保持一致。當(dāng)需要轉(zhuǎn)換坐標(biāo)時(shí)，可通過大疆智圖或編寫程序，導(dǎo)出航片POS信息，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，再寫入航片中，利用PIX4D進(jìn)行空中三角測(cè)量。出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，應(yīng)調(diào)整參與計(jì)算的航片，適當(dāng)添加聯(lián)接點(diǎn)或刪除存在偏差的航片?？杖郎y(cè)量后，進(jìn)行點(diǎn)云加密和分類操作，由于測(cè)區(qū)存在少許耕地和林地，造成點(diǎn)云未落在地面上，影響土方計(jì)算精度，針對(duì)這種情況，應(yīng)參考實(shí)地測(cè)量植被高度，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分類降高處理。

3.3空三解算

結(jié)合記錄的外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每級(jí)影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動(dòng)匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到同名點(diǎn)匹配結(jié)果。同時(shí)建立連接點(diǎn)、連接線、控制點(diǎn)坐標(biāo)、POS輔助數(shù)據(jù)的多視影像自檢校區(qū)域網(wǎng)平差的誤差方程，通過聯(lián)合解算，保證平差結(jié)果的精度。

3.4成三維模型及密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)

空中三角測(cè)量?jī)?yōu)化完畢，滿足精度要求后進(jìn)行多視影像密集匹配，在匹配過程中充分考慮冗余信息，快速準(zhǔn)確地獲取多視影像上的同名點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而獲取地面的三維信息，生成三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及三維模型。

3.5點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類

密集匹配生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為地表點(diǎn)云，存在房屋、植被等非地面點(diǎn)，基于傾斜攝影處理技術(shù)構(gòu)建的地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)中含有漂浮物、植被和房屋等地物。在土方計(jì)算中，這些地物不在地形的表面，會(huì)影響到土方量計(jì)算。因此，需要將點(diǎn)云分類，植被、房屋等地表突出物踏平至地面，獲取純凈的地形表面，提高土方量計(jì)算的精度。

結(jié)語

應(yīng)用無人機(jī)開展土方精確測(cè)量工作，通過精度檢測(cè)，保證整體技術(shù)參數(shù)符合相關(guān)規(guī)定要求，論證了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在土方測(cè)量項(xiàng)目中應(yīng)用的可行性，可作為土方精確測(cè)量的一種有效手段。但因未在其他不同區(qū)域開展相關(guān)工作，是否能夠應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)全面解決土方測(cè)量工作，還有待驗(yàn)證[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]張濤學(xué).基于ArcGIS土方量計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2017，15（12）：209-210.

[2]姜華.基于消費(fèi)級(jí)無人機(jī)的1∶500地形圖的制作[J].測(cè)繪與空間地理信息，2020，43（6）：179-181.

[3]金偉，葛宏立，杜華強(qiáng)，等.無人機(jī)遙感發(fā)展與應(yīng)用概況[J].遙感信息，2009（1）：88-92.