测绘技术在塑石表面积测量的应用

贾周云，唐健康，樊宽林

(1.陕西能源职业技术学院，陕西 西安 712000；2.国家电网西藏电力有限公司，西藏 拉萨 850001；3.四川中水成勘院测绘工程有限责任公司，四川 成都 610072)

0 前 言

随着人民生活水平的不断提高，人们对人居环境的舒适度和美感要求越来越高。在项目开发中，项目业主为了达到提高居住环境质量的目的，运用了大量的技术手段，其中就包括塑石假山工程。由于塑石假山造价高，项目开发方和承包商对塑石假山的工程量非常重视，在此背景下四川中水成勘院测绘工程有限责任公司承接了某项目的塑石表面积测量工作，把测绘技术运用于塑石表面积的测量，为开拓公司的业务范围作了一些尝试。

1 方案设计

工程量成果精度一般规范要求对同一区域工程量两次独立测量的较差，土方方量不超过7%，石方方量不超过5%，混凝土方量不超过3%。换算成单次测量相对中误差，土方方量不超过2.47%，石方方量不超过1.76%，混凝土方量不超过1.06%。由于本工程属于造价更高的塑石假山工程，开发商要求表面积测量相对中误差不大于0.3%，且计算表面积的点间距不大于20 mm。

本项目塑石假山工程如图1所示。图中上半部分为别墅区，中间部分为塑石假山装饰后的陡崖区，下面部分为堡坎和高层建筑。

1.1 作业方法及使用仪器

根据图1可知，塑石假山表面凹凸不平，采用单一测量方法根本无法完成，经分析研究本项目后确定采用下列方案完成，各设备照片及仪器编号见图2。

图1 塑石假山示意

TCA2003 GNSS接收机 飞马D200无人机 大疆精灵4无人机 SONY α7 RⅡ

图2各设备照片及仪器编号

(1)控制测量。边角测量采用徕卡TCA2003全站仪，测角精度0.5″、测距精度1 mm+1 ppm；大地坐标引测采用中海达双频GNSS接收机，标称基线测量精度为3 mm+1 ppm。

(2)空中航摄主拍。飞马D200无人机，配置飞马D-OP300五镜头倾斜模块，五镜头传感器尺寸均为23.5 mm×15.6 mm，镜头焦距参数为中间垂直镜头25 mm，四周倾斜镜头35 mm，倾斜相机倾斜角度45°，单机有效像素2 400万。

(3)假山凹槽空中辅助航拍。采用大疆精灵4无人机，像素2 000万。

(4)局部漏洞数据采集。采用手持相机SONY α7 RⅡ，像素4 200万。

1.2 控制测量

控制测量的空间点位精度应根据表面积的测量精度进行估算。为了保证控制点精度不至于对表面积测量的精度产生显著影响，根据误差忽略不计原则，按面积测量精度的1/3进行控制测量精度估算，因表面积比实际面积放大约1.5倍，因此按面积测量精度的1/4.5进行估算。

1.2.1 精度估算

1.2.2 控制点布设与联测

首级控制点2个成果引测及外围像控点测量采用中海达GNSS接收机使用千寻网络RTK模式进行。

塑石假山范围内像控点和成果检查点联测用的首级控制点2个，应以GNSS引测的一个为起算点，另一个为起算方向点；采用全站仪往返测获取方向点的坐标和高程成果，控制点边长约250 m，按三等水平角和天顶距的测角精度1.8″和测距精度1 mm+1 ppm估算，控制点空间点位中误差为3.4 mm。像控点和成果检查点选择航飞影像上的人工建筑物明显规则棱角等作为标志，从首级控制点上按四等精度一站联测，最大边长250 m，测角中误差为2.5″，测距精度1 mm+1 ppm，经估算得像控点相对于首级控制点的中误差为4.5 mm。根据误差传播律可知像控点的最终精度为5.7 mm，满足1.2.1节中的精度估算要求。

1.3 影像数据采集

空中航摄主拍参数按12 mm地面分变率、航向重叠度80%、旁向重叠度80%设置，计算的基线长为9.6 m，航线间距14.4 m，按倾斜摄影方式布设航线。

假山凹槽空中辅助航拍采用大疆精灵4无人机，航向重叠度80%、旁向重叠度80%，航线按中、高、低进行敷设，航线大致平行于塑石走向，镜头方向水平。

手持相机补拍，根据主拍和辅拍的情况进行补拍，补拍重叠度不低于80%。

1.4 数据处理

1.4.1 控制测量数据处理

将GNSS测得的CGCS2000成果结合EGM2008重力场模型计算的高程异常求得引测控制点及外围像控点的高程，并根据塑石假山的平均高程，以测区的平均经度作为中央子午线，按高斯投影方式求出各点平面坐标；全站仪测站点和像控点按选定的投影方式进行计算。

1.4.2 航拍数据处理

航拍影像数据先进行像主点偏心和畸变差纠正，然后进行数字空中三角测量，精度满足要求后，再使用实景三维模型处理软件构建三维模型。

1.4.3 手持相机数据处理

手持相机拍摄的影像数据先进行像主点偏心和畸变差纠正，然后进行数字空中三角测量，使用实景三维模型处理软件构建三维模型，再利用航拍实景三维模型的同名特征点对其进行纠正，要求特征点能有效控制手持相机数据生成的实景三维模型。

1.4.4 数据融合

将三种拍摄方式获取的模型数据进行融合计算，生成无漏洞的完整模型，再利用模型计算塑石假山的表面积。

2 方案实施

2.1 影像获取

飞马无人机共飞行15条航线，单镜头采集546张相片，五镜头共获取2 730张影像，大疆精灵4共飞行6条航线，获取147张，手持相机获取1 349张。

2.2 像控点和检查点联测

像控点是以飞马无人机飞行15条航线，按每5条航线布设1排，每12条基线布设1个像控点，共布设16个像控点，检查点布设在塑石假山附近的挡墙拐角，共布设7个检查点。

2.3 三维模型生产及面积量算

三维模型生产是耗时最长的，包括影像纠正、数字空三、像控点导入、模型计算等过程。模型生成后，在按区域进行表面积量算，本项目共分为4个区域，各区域形状和面积(深色区)见图3。

3 成果质量评定

成果质量评定采取的方法是量模型上检查点的坐标与全站仪外业测量的成果进行比对分析，比对情况见表1。

经统计计算空间点位中误差为33.0 mm。

将实测点反算边长与模型点反算边长进行比较，结果见表2。

图3 各区域形状和面积示意

点名点位类别XYH墙角1实测/m3 293 715.962 4500 234.553 9294.673 0模型/m3 293 715.98500 234.59294.64坐标较差/mm17.636.1-33.0位置较差/mm52.0墙角2实测/m3 293 699.501 4 500 279.946 3 294.884 8 模型/m3 293 699.50 500 279.94 294.88 坐标较差/mm-1.4 -6.3 -4.8 位置较差/mm8.0墙角3实测/m3 293 736.088 5 500 201.390 5 294.724 5 模型/m3 293 736.10 500 201.40 294.72 坐标较差/mm11.5 9.5 -4.5 位置较差/mm15.6 墙角4实测/m3 293 768.119 9 500 208.886 8 295.115 0 模型/m3 293 768.13 500 208.89 295.11坐标较差/mm10.1 3.2 -5.0 位置较差/mm11.7墙角5实测/m3 293 818.349 4 500 243.548 8 296.168 9 模型/m3 293 818.34 500 243.55 296.17 坐标较差/mm-9.4 1.2 1.1 位置较差/mm9.5墙角6实测/m3 293 876.533 0 500 258.127 7 296.122 5 模型/m3 293 876.54 500 258.15 296.15 坐标较差/mm7.0 22.3 27.5位置较差/mm36.1墙角7实测/m3 293 984.155 9 500 314.002 4 299.452 5 模型/m3 293 984.19 500 314.04 299.43坐标较差/mm34.1 37.6 -22.5位置较差/mm55.5

表2 实测点反算边长与模型点反算边长比较

4 结 论

本文论述了测量方法对塑石表面积的测量，经过成果质量评定，表明成果精度符合业主要求。要使得新的测绘项目最终成果满足预期精度要求，并对类似工作提供指导性方案，必须通过以下几道工序：方案设计、严格按设计规定的各项指标作业、成果检验、技术总结。