无人机倾斜摄影测量在土石方测量中的应用

无人机倾斜摄影测量在土石方测量中的应用

敖其勇

重庆交通大学智慧城市学院 重庆 400074

摘要：在土石方量计算过程中，传统人工采集地物高程点的土方量测量方法效率低下，随着近年来无人机技术的快速发展，无人机的应用也越来越广泛。因此本文从土石方测量的需求出发，研究无人机倾斜摄影测量用于土石方测量。

关键字：倾斜摄影测量；土石方测量；无人机测绘

土方量的测量是工程施工的一个重要步骤，也是各类建筑工程的第一项分部工程。在各种建筑工程施工中，土方量算精度的准确性都会对工程建设产生重要影响[1]，因为工程量的预算跟土方量量算的精度直接相关。土方量的计算目的有两个方面，一是量算测区内现势标高与设计标高二者之间的填挖量；二是量算测区内填挖前后的土石方量差值。常用的土石方量算方法有方格网法、DTM法、等高线法和断面法四种类型。四类土石方量算类型中，DTM法计算精度最高，应用最为广泛［2］。

1 倾斜摄影测量原理

航空倾斜摄影是指将摄像机装在航空器上，航空器达到航拍上空后，对航拍区域上空从垂直、东、南、西、北4个方向进行影像数据采集，并利用航空器所搭载的定位传感器和全球定位系统对航空器所在的空域高度、坐标进行标定，根据坐标转换方程来获取监测区域的高精度三维坐标方程，再经过正交矩阵变化，输入各个外方位的坐标元素，将其导入到共线方程内，即可获取实际的地面三维数据，实现对测绘区域土石方情况的精确测量。

2 数据处理流程

2.1 外业数据采集

实验采用的无人机为大疆精灵四RTK无人机（DJ Phantom 4 RTK），因其具有定位精度高、使用方便、价格低廉等优势，所以广泛应用于低空航空摄影测量，倾斜摄影测量的外业流程为相控点布设、无人机航线规划、影像数据采集。

(1)相控点布设

为提高模型精度，在航飞前需要在测区布设像控点。相控点的合理布设可以大幅度的提高模型精度，其布设因遵循以下原则：1）针对规则矩形和正方形：小面积区域最少布设5个控制点，及航飞区域内4个角各一个，区域中间1个；大面积区域相应的增加控制点。2）针对不规则图形：很多时候我们的飞行区域并不是很规则的图形，这个时候我们就只能根据地形来给它布设控制点了，保证布设的控制点能均匀的覆盖整个测区。3）针对带状，河道，公路等区域：这种区域经常采用“Z”字型打法，也就是垂直于带状两边各两个控制点，带状区域中间一个控制点。

(2)航线设计

无人机航线的规划采用DJIPilot航线规划软件，在地图中选取测量区域，然后按程序提示规划航线。实验中采用五向飞行模式，其中航向重叠率为70%，旁向重叠率为80%，云台倾角设置为60度。

(3)影像数据采集

航线设置完毕后，观察无人机周围环境，再确认环境安全设置无人机返航点，起飞航在飞行过程中，要尤其注意无人机是否与地面站保持良好通信，切记保持与RTK连接以保证数据的精度。

2.2内业数据处理

(1)实验数据筛选

需要对采集得到的影像数据进行筛选，对于出现影像不清晰、影像数量不充足、照片较暗等问题的区域，需要及时进行补飞；部分影像若出现光线强度不足、色彩亮度不足等可以通过软件处理的问题，应及时进行匀光匀色处理。

(3)土石方计算

利用三维解析软件对航拍摄影资料进行解析过程中，地面DEM模型（数字高程模型）的数字表现形式为不规则三角网，因此对土石方的计算方案主要是选用了不规则三角网计算方法。在计算时需要将土石方开挖前的地表TIN（三维地表）和开挖后形成的TIN进行图像叠加，形成叠加交线，然后利用图层提取算法对叠加区域进行提取，形成底角交线，通过图像分割的方式对叠加区域的面积进行计算。为了提高地表前后的叠加精度，在进行数据叠加时，首先将DEM（数字高程模型）云数据以文本的格式导出，然后将其导入到AUTODESK软件中，经过数据拟合后自动生成TIN曲面模型，最后再对监测区域内的各点位高程进行测量。最后通过DTM法计算出测区土石方量。

3 结语

本文通过将倾斜摄影测量应用于土石方测量，有效解决了传统人工测量效率低下的问题。因为基于无人机倾斜摄影测量的土石方测量，是在既有倾斜摄影测量产品上量取的高程点，而倾斜摄影测量模型是一个可以量测的数字模型，所以倾斜摄影测量模型上的任意一点都是有坐标。换言之，可以在模型中提取密集的高程点用于土石方计算，相比于传统测量方式其精度也会更高，所以基于倾斜摄影测量的土石方测量具有广阔的前景。

参考文献

[1]高文军.计算土石方量的几点体会[J].北京测绘, 2015.01.038.

[2]陈爱梅,吴昊,吴北平等.四种土方量计算方法的对比研究与应用[J].2015.01.028.

作者简介:敖其勇(1997.12.26-)汉族，四川内江，重庆交通大学智慧城市学院2020级硕士研究生，测绘工程专业，研究方向：无人机倾斜摄影测量