基于RTK无人机技术在工程计量复核中的应用

赖淑标 林晓钟 中交第四航务工程局有限公司总承包分公司

1.引言

工程计量复核在工程项目全过程阶段都具有重要意义，是对招标清单、施工图纸等信息进行核对的过程，是投标阶段实施的基础性工作，同时在施工阶段、竣工验收前尤为重要，是项目验收前必须重点开展的工作。在此过程中判断工程量清单是否准确，复核的准确性直接影响后期投标策略的选择和利润的大小。李明波认为，在项目验收前进行工程量复核有利于项目管理的数据化，保障工程质量，同样也是为了规避日后运营管理的风险和难度，有利于施工和运营单位的工作对接，降低运营维护难度，为施工单位树立了良好企业形象赢得信誉优势。

传统的工程计量复核方法采用人工现场复核，需要多名专业检测人员到达现场后，各自分段进行复核统计。但由于计量复核要素多、数据获取慢、涉及人员和设备数量多、计量复核的方法复杂且落后，导致复核统计的质量参差不齐。近年来，无人机发展迅速，以其灵敏度高、地形受限低、移动速度快、体积质量小等优点分布于各行各业的应用领域中，也逐渐将无人机应用在现场工程量复核工作中。

2.工程计量复核技术研究

2.1 传统手段

工程计量复核类型也分为多种，工作内容繁杂，以建筑物、构筑物为例，传统计量复核工程需要携带大量测量仪器，采用现场抽查的方式测量20%定位点，以复核竣工图为例，在复核时需要经过培训的专业测量监理工程师携带测量仪器对工程进行竣工测量，并将结果绘制成竣工图。

但由于传统方法在工程复核时涉及到设备和人员较多，出现的问题也会逐步累积，主要问题有施工现场测量点有误、测量坐标计算有误、测量方法选择不当导致成果误差大等，难以避免误差累计，需要保证准确性则需要花费更多的时间严格要求整个测量过程，这就导致传统方法难以突破复核工作效率瓶颈。因此在工程计量复核工作中，需要寻求一种复核误差小且成本可控制的方法。

随着研究人员的不断探索以及无人机技术的不断完善与发展，学术界逐渐发现，无人机具备一定的智能化以代替人工开展工作，并且无人机加上RTK技术之后，定位精度更高、获取的数据成果更加准确。由此，RTK无人机成为了工程计量复核工作的新型技术。

2.2 新技术手段

（1）RTK无人机技术。RTK技术建立在GPS技术上，基于载波相位观测值的实时动态定位技术，在测量领域中应用广泛。RTK无人机技术基于RTK技术，利用无人机的空中优势在动态环境中完成指定坐标系中的三维定位和数据测量，并进行数据的实时处理。其厘米级的测量精度是传统无人机技术定位精度的十倍之多，RTK无人机技术的出现，解决了传统无人机技术定位误差大、不能适用于高精度要求任务的问题，同时也使无人机技术利用RTK技术在工程测量领域占据一席之地，将复核工作带上新的科技台阶，极大地提高了复核外业作业效率。

同时，RTK技术也有其弊端。即RTK技术依赖于GPS卫星定位，在高层建筑、茂密深林、强电磁源、极端环境等区域附近，无人机会受到较严重的卫星信号干扰，无法使用RTK无人机开展工作或获取的数据将不准确，因此使用RTK无人机进行工程计量复核工作时需要对工程现场的环境进行考察和选择。

（2）应用流程。与传统工程计量复核流程的区别在于，可以使用RTK无人机代替人工到验收现场进行数据采集，无人机能够根据已有航线对工程计量复核目标进行自动测量并收集标准化测量数据，生成云数据反馈传输到无人机数据处理的内业工作中，提高了数据采集阶段的效率和质量，使原本工作量巨大的数据采集问题得以轻松解决，同时简化人工参与的重复性工作、提高工作效率、降低人工成本。

使用无人机进行工程计量复核的步骤主要分为三大部分，分别是前期准备阶段、外业任务阶段和内业工作阶段，其中，外业任务阶段主要需要人员到现场开展工作，包括规划飞行任务、架设基站采集三维坐标点、无人机航飞采集像控点等；内业工作任务主要是根据无人机获取的数据处理形成工程计量复核数据和测试报告等。

（3）无人机远程控制基站。如果需要重复的开展相同位置的工程计量复核工作，架设基站采集三维坐标点的步骤仅需要在第一次开展工作的时候完成即可，后续进行工程计量时可继续沿用。而无人机获取数据的步骤每次进行工程计量复核时都需要开展。当作业任务频繁时，为了减少人员到现场的次数或是对于一些外业较远的地区，例如需要出省采集数据地区，尤其在现阶段新冠疫情影响无法出市或者出省、甚至无法出门隔离在家的情况下，复核人员难以到达工程现场，对工程复核工作影响极大。为降低对工程阶段的影响，及时完成工程复核工作，可使用无人机远程控制基站进行工程量复核数据的远程采集。

无人机远程控制基站是无人机技术顺应时代发展的必然产物，代替无人机操作员在项目工地24小时的待命驻场。它是基于物联网技术、现代通讯技术、信息化平台开发技术，集齐无线自动充电、自动执行飞行任务、自动数据上传、智能起飞降落、数据云端存储、数据远程查阅与下载等功能的无人机换能站、中继站和休息站，提高工作效率，使RT K无人机在项目工程中的应用如虎添翼。

无人机操作员在家或在办公室就能在电脑上设置无人机航线，远程操作工程现场驻场的RTK无人机自动采集复核数据，对于一些需要手动控制飞行拍摄的采样点，也可远程操作拍摄，将出行影响降到最低。无人机远程控制基站与RTK无人机的结合进一步提高了工程复核工作效率，直接消除工地与复核工作单位的地理距离，随时随地开展数据采集工作。

一般而言，工程复核现场环境各不相同且错综复杂，无人机飞行航线需到达现场后根据环境和测量目标特征设置，航线高程点提取分为批量高程点提取以及人工提点两部分，其中前者可以结合GIS地图直接规划航线使用RTK无人机解决，后者需要人工操作提取隐蔽地方的高程点，如机械设备底下，采集密度可根据地形复杂程度自行设置，当地形很复杂时，采点密度由 0.5m-5m 不等；当地形很平缓时，采点密度5-10m不等。

图1 无人机工程计量复核工程流程

3.RTK无人机工程计量复核应用案例

3.1 项目简介

下面以广东省某高速公路建设项目路基段土方工程量复核为例，介绍RTK无人机在工程计量复核中的应用。该项目涉及线路全长为6km左右，总体呈现南北走向，以山地、丘陵为主，关键工程包括桥梁、隧道、路基、涵洞、预制梁预制等，测量区域位于郊区，经过前期的研究评估，该地区卫星信号较稳定，不影响RTK无人机的使用。

3.2 应用说明

该项目在路基部分使用RTK无人机进行土方计量复核工作。

首先由无人机操作员进行现场勘测，根据地形地貌设置好无人机的飞行航线，飞行范围覆盖需要进行土方测量的范围，高程系统采用1985国家高程基准，在设置复核航线时需确定飞行任务范围、比例尺、可明确辨认的GSD（即像素点）等。

同时，根据项目设计的地面控制点分布布设5个控制点、5个校核点用于精度控制，像控点需要布设在航向旁向重叠的公共区域使控制点能够公用；采用千寻CORS系统进行RTK测量，每个点采用控制点测量方式实测3次取平均值，平面坐标采用国家2000坐标系，中央子午线114度，投影面参考椭球面。

完成飞行航线布设之后，分别于每月月初和月末通过RTK无人机采集路基段航拍数据，飞行过程中操作员对误差航点进行修改，无人机降落后对数据进行检查并将部分不合格数据重新采集，直到获取的影像资料满足要求，最终完成整个工程作业面的复核数据采集。

3.3 无人机远程控制基站的使用

本项目为线性工程，全线长约6公里，无人机远程控制基站覆盖范围是半径3公里，在项目区域中心位置布设一台无人机远程控制基站，辅助开展工程计量工作。基于此，工程计量复核的整个外业过程仅需1名无人机操作员，且该操作员无需达到现场，可实时进行远程控制，使无人机起飞采集有效影像数百张并结合CASS_3D平台下的采编工具，可使数据采集过程中进行智能分析，实现三维空间建筑智能辨识，做到采集高效、便捷、精确、智能，大大减少了复核工作所需的时间成本和人力资源。采集到的云数据可作为多种成果呈现的原始数据，利用率高，可根据不同需求处理成DEM成果、正射影像模型等，亦可以直接使用照片或影像作为验收素材。

采集到的数据需要进行精度验证，满足要求后才能对其进行下一步数据处理，否则需要重新采集，数据的绝对定向与区域网平差精度应当满足《数字航空摄影测量空中三角测量规范》（GBT23236-2009）1∶500及《城市测量规范》中1:500地形图的要求。

该项目土方计量计算分为三阶段进行，第一期地形图根据航飞数据进行空三计算，用实景三维建模系统（Smart3D Capture Master）进行像点坐标量测，通过自动空三软件进解算形成点云，随后在CASS_3D获取高程点，在本次举例的项目中采集距离为5m，高程点采用南方CASS9.1进行三角网计算；第二期地形图根据航飞数据进行空三计算，坐标系以及高程系统采用第一期系统形成点云获取高程点；根据两期高程点，圈定测算范围，对两期土方量计算，采用CASS10.0工程应用的三角网法土方计算两期土方得到挖填方量，计算结果如图2，在南方CASS9.0成图专业软件平台下进行地形图遍绘，建立测区图库，图幅接边，并输出成图，完成土方计量复核工作。

图2 土方量复核计算结果图

4.结束语

本文通过与传统复核工作进行对比、RTK无人机技术分析以及广东省某高速公路的项目案例进行RTK无人机在工程计量复核工作中的应用说明：RTK无人机复核技术将工作重点从外业获取数据转移到了内业数据处理中，同时又利用强大的计算机平台将数据处理简单化，使内业数据处理的难度进一步降低，化繁为简实现效率与质量的瓶颈突破。无人机RTK技术是验收前工程复核工作效率提升的重要科技产物，尤其是利用无人机远程控制基站实现了远程操控无人机，在各种因素无法出行时也能异地执行飞行任务，基本就能够解决工程计量复核工作需要项目负责人到达现场逐一检查的问题，在人力投入精简化的行业大趋势面前，工程复核工作能够精简人力资源同时提高工作效率和工程质量、降低人工成本顺应了时代潮流的发展。

RTK无人机技术的运用，使工程验收前的复核工作在节约成本的同时更高效、更科学、更直观，为企业技术水平提上了新台阶，增强了企业软实力。