消费级无人机在土方量计算中的应用实践

吴迪

摘 要：近年来，倾斜摄影测量技术随着无人机技术的逐步成熟获得新的发展，无人机倾斜摄影测量技术在测绘、林业、农业等行业得到广泛应用。本文主要介绍利用消费级无人机对测区进行影像采集，生成地面实景三维模型后，在模型上进行地面高程点采集，并计算测区土方量。

关键词：倾斜摄影测量;地面实景三维模型;土方量计算

中图分类号：TD17文献标识码：A文章编号：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 消費级无人机倾斜摄影测量系统

1.1 无人机倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量技术是测绘领域近年来发展迅猛的一项新技术，弥补了以往正射影像垂直拍摄的局限，通过控制无人机飞行平台上相机的角度，对同一测区从垂直和4个倾斜角度共5个方向进行拍照，采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息，将用户引入符合人眼视觉的真实直观世界[1-5]。特别是近年来大疆公司陆续推出了多款消费级无人机，如精灵3、精灵4系列无人机，这类消费级无人机低至几千元，大大降低了倾斜摄影测量的成本。

1.2 无人机倾斜摄影测量系统组成

无人机倾斜摄影测量系统由无人机、地面站软件和数据处理软件三部分组成。主要设备、软件如表1所示。

2 无人机土方量计算案例

2.1 测区概况

测区位于渭南市某学校校区，新校区建设拆迁房屋产生大量建筑垃圾，为清理施工场地，将施工垃圾进行土方倒运，需要测量土方倒运量。测区原地面地势平坦，面积约2 500 m2，观测时间为12月份，地面附着植被大部分已经枯萎，地表裸露较多。土方量计算范围如图1所示。

2.2 航线规划

航线规划的目的是依据测区地形和精度要求，综合考虑无人机的航速、耗能和飞行区域等信息，为无人机设计最佳飞行航线，保证无人机快速、高效完成数据采集任务[6-10]。本次飞行航线规划软件为武汉圆桌智慧科技有限公司开发的RTechGo，采用倾斜测量数据采集方式。航线规划如图2所示，飞行航线共5条，分别从前、后、左、右、上5个方向拍摄测区实景照片，航线高度55 m，航向重叠度80%，旁向重叠度70%，地面分辨率1.47 cm，照片数量211张。

2.3 像控点及影像数据采集

本次任务范围较小，附近无合适标线作为像控点，因此，采用摆设像控板的形式布设像控点，像控板大小为60 cm×60 cm，喷涂顶点相对的两个三角作为标志（见图3）。像控点布设位置位于测区四个角点及测区中心，共计5个点（见图4）。像控点坐标采用Xian80坐标系，先对规划院提供的基准点进行点校正，然后采集5个像控点坐标。

2.4 重建三维模型

对采集到的影像数据进行质量检查，剔除个别虚化或无效数据后，通过如下步骤生成三维地面模型：①应用影像自带pos信息进行空中三角计算;②加入控制点信息（刺点）后，再次进行空中三角测量;③新建重建项目，生成三维地面模型，坐标系选择Xian80坐标系，格式选择OSGB格式。

3 土方量计算

3.1 高程点提取

清华山维公司EPS软件的加载OSGB模型，可以三维、二维联动采集地面地物要素。选择提取高程点命令，以点选的方式在模型上采集地面点，选点原则与使用GNSS-RTK或全站仪进行碎部测量选点原则一样，注意避开树木、草丛等附着物。首先沿着测区一周测量土方计算的范围，共29个点，然后在测区内地势起伏特征点上采集点坐标，共51个点。数据采集完成后，将高程点输出为坐标文件。

3.2 土方量计算

取测区四周29个边界点的高程平均值356.822 m作为测区的原地面高程。在南方CASS软件中用复合线将测区边界点逐个连接起来，用命令C完成闭合。选择DTM法，利用坐标文件计算土方量，依据软件提示选择范围和坐标文件，得到测区土方量为7 332.6 m3，结果如图5所示。用GNSS-RTK测量的方法进行数据采集，计算的土方量为7 235.5 m3，相差1.3%，这是由模型选点位置与GNSS-RTK选点位置差异造成的。上述结果满足相关规范要求，计算结果也获得了委托方认可。

4 结语

传统的土方量计算方法有钢尺丈量、GNSS-RTK测量与全站仪测量等，这些方法观测效率较低，在地形复杂地区精度差。本文介绍的利用无人机倾斜摄影测量采集地面影像数据生成地面实景三维模型，在三维模型上进行特征点采集，可以直观、全面采集碎部点坐标，大大提高了工作效率，减小了劳动强度，在地面树木、草丛等附着物较少的地区，该方法具有很大的推广价值。

参考文献：

[1]曹晓元.无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究[J].江西建材，2018（1）：180-184.

[2]李腾飞.无人机倾斜摄影技术在建筑施工中的应用研究[J].福建建筑，2018（10）：98-101.

[3]关丽，丁燕杰，张辉，等.面向数字城市建设的三维建模关键技术研究与应用[J].测绘通报，2017（2）：90-94.

[4]陈淼新，袁树才，孙雨.无人机航空摄影测量在土方平衡中的应用[J].测绘与空间地理信息，2017（12）：177-179.

[5]任斌，高利敏.免像控无人机在工程收方中的应用[J].测绘通报，2018（8）：156-159.

[6]褚杰，盛一楠.无人机倾斜摄影测量技术在城市三维建模及三维数据更新中的应用[J].测绘通报，2017（s1）：130-135.

[7]李俊，杜传良，刘伟荣.等.市政工程无人机土方快速测量技术研究[J].山西建筑，2018（12）：184-185.

[8]周晓波，王军，周伟.基于无人机倾斜摄影快速建模方法研究[J].现代测绘，2017（1）：40-42.

[9]曹娟.无人机倾斜摄影测量在土方量计算中的应用[J].矿山测量，2019（5）：53-56.

[10]陈永健，陈曦.基于倾斜摄影测量技术的城市实景三维建模方法研究[J].资源信息与工程，2018（4）：127-128.