無人機測量技術在建筑工程測量教學中的應用分析

謝 桂 娟

(萬博科技職業學院，安徽 合肥 230031)

0 引言

工程測量不僅是建筑施工的先行軍，而且貫穿到工程項目從勘察規劃設計到運營維護的整個過程當中，因此建筑施工離不開測量技術的支持。目前高職院校建工相關專業的人才培養方案中都將《建筑工程測量》課程作為專業基礎課納入到了課程設置當中，學生需要掌握地形圖測繪、施工放樣及變形監測等方面的知識和技能。

考慮到工程測量技術在日新月異地發展變化，從傳統的光學測量到電子測量，再發展到現在的3S技術和無人機測量，高職院校作為培養技術型應用人才的基地，在其相關課程授課內容的選擇上要不斷的根據相關領域技術的新發展進行調整，而無人機測量技術作為工程測量的新技術，越來越多地應用到了建筑施工的各個階段，因此高職院校建工相關專業有必要在授課過程中增加無人機測量技術應用的教學內容，以便讓學生掌握和本專業相關的技術發展前沿知識。

1 工程測量課程傳統教學內容

工程測量作為建工相關專業的專業基礎課，其授課內容主要包括水準測量(光學水準儀和電子水準儀的應用)、角度測量(光學經緯儀和電子全站儀的應用)、距離測量(光電測距)、小區域控制測量(全站儀和GPS的應用)、地形圖基本知識及測繪、施工測量、變形觀測和竣工測量幾大部分。雖然涵蓋的內容比較完整，但是隨著測量技術的發展，教材所涉及到的有些測量技術和儀器已經逐漸被淘汰，而目前的授課內容除了在小區域控制測量章節中介紹了GPS測量技術外，其他章節都以介紹傳統的光學測量為主。雖然光學測量原理是其他相關理論知識建立的基礎，但是學生需要在掌握基本原理知識的基礎上，還有必要了解測量技術發展的新技術新趨勢，掌握先進的現代測量技術和手段，這樣才能在實際工作中具有解決問題的能力。

2 無人機測量技術現狀

無人機測量技術是傳統航空攝影測量手段的有力補充，而高效的無人機測量技術的應用使我們的工作方法和方式都在逐步發生改變。無人機測量具有靈活機動性、高效迅速性、優良的安全性、影像的高分辨率、系統成本和維護費用低、應用范圍廣、生產周期等優點。特別是隨著數碼相機技術的快速發展，基于無人機平臺的數字航攝技術已顯示出其獨特的優勢，無人機與航空攝影測量相結合使得“無人機數字低空遙感”成為航空遙感領域的一個嶄新發展方向。無人機測量可廣泛應用于國家重大工程建設、災害應急與處理、國土監察、資源開發、新農村和小城鎮建設等方面，尤其在基礎測繪、土地資源調查監測、土地利用動態監測、數字城市建設和應急救災測繪數據獲取等方面具有廣闊前景[1]。2015年天津港爆炸事件，無人機實現了對災情現場的實時監控。在無人機的測量方面，近年來低空遙感技術對1 000 m以下的低空進行了較為全面的探測，在低空下實現了靈活機動，特別是在對問題的處理上，準確度也大大地得到了提高，并積累了很多工程測量經驗，對于提高無人機測量技術有著重要的指導性意義，可以顯著提高測量應急服務保障水平，對數字化建設有著重要性地指導意義，社會的管理效能得到了快速地提高[2]。

3 無人機測量技術在工程建設領域中的應用列舉

無人機測量技術的發展也使工程建設各個階段的作業方法正發生著很大的變化，它能為工程前期規劃設計、工程施工、竣工驗收測量以及后期的運營維護提供高效的，實時的、可靠的基礎數據，具體實施流程如圖1所示。

3.1 在勘察規劃階段中的應用

任何工程都是從勘察規劃階段開始，在這個階段最重要的工作就是測繪最新的滿足比例尺要求的地形圖。目前測繪地形圖的主要作業方式是數字化測圖(Digital Surveying Mapping,簡稱DSM)，即先利用全站儀和GPS建立圖根控制網，然后主要以GPS-RTK動態測量技術進行碎步測量，在接收不到衛星信號的局部測區利用全站儀進行補充測量手段進行野外數據的采集，室內作業利用各種成圖軟件(如目前應用最為廣泛的南方CASS)進行測量數據的展繪、編輯，從而生成符合相關標準要求的地形圖。和傳統的測繪方式比，這種技術具有采集速度快、自動化程度高、一定程度上減輕了作業人員的勞動強度等特點，但是如果現場出現一些極端地形如陡坡等，在作業人員則無法到達作業現場或者徒步測量存在安全隱患的情況下，這種作業方法就表現出了一定的局限性，如果采用無人機測量技術就可以解決以上問題。如圖2所示為某區域用無人機測量獲取的地形數據，利用軟件處理后即可得到該地區的最新地形圖。除此之外選擇無人機測繪技術測圖具有作業成本低、作業時間短、作業范圍廣、作業速度快、成果精度高等優勢。在這項技術的支持下，項目建設者在規劃設計階段的相關分析準確性就能大大提高，從而能決策出更優化的設計方案。

3.2 在施工階段的應用

大部分工程施工都是從場地的平整開始，作為施工單位需要計算出具體的土方量進行土方平衡設計。雖然利用傳統的測量方法，如水準測量、三角高程測量、GPS工程測量均能以不同的精度完成此項作業，但是這些作業方式只能進行單點測量，數據采集速度慢，作業人員勞動強度高，成果多為平面二維形態，導致后期計算土方量工作效率低，且不能進行動態分析導致方案優化困難，而無人機測量技術又能在土方量的測量中發揮重要的作用。首先利用無人機測量技術可以快速地獲取施工場地的地形數據，如圖3所示，然后由軟件全自動建立測區的三維數字地表模型，對影像數據利用像控點坐標進行解算進而獲取測區任意測點的實際坐標，最終計算具體的挖填土方量。這種作業方式極大地縮短了施工前準備工作的周期，也保證了工期目標的順利實現，從而有效地降低了施工造價。

3.3 在運行維護階段中的應用

施工結束后工程通過竣工驗收后才能投入使用，在這個階段可以利用無人機測量技術完成竣工圖的測繪工作，原理和規劃設計階段的測圖一樣，通過無人機測量獲取工程項目的實時影像數據，利用軟件進行影響匹配、結合像控點坐標進行空三解析計算建立三維模型，最終得到需要的大比例尺地形圖。

3.4 在其他方面的應用

在建筑工程領域，無人機測量技術和BIM技術的結合也給工程建設帶來了很大的變化。通過無人機測量技術獲取高精度的地形數據，利用BIM技術當采集到的信息納入到數據庫，以便實現信息的可視化分析，進行各種相關的評估，從而保證工程項目相關人員做出及時而正確的決策。無人機測量技術除了在建筑工程領域中的應用越來越廣泛外，在城市更新基礎數據調查、土地確權、不動產登記、文物修護、礦山測繪等方面也發揮著越來越重要的作用。

4 結論

通過上述分析，可以看出無人機測量技術能為工程壽命周期的各個階段提供地形基礎數據，和傳統的測量方法相比，從精度、速度、成本各方面都具有明顯的優勢，因此在建筑工程領域具有十分重要的應用前景。作為培養建筑施工技術型人才的高職院校只有意識到這項技術給建筑施工作業方法帶來的影響，對學生的培養方案和授課計劃做相應的調整，在《建筑工程測量》課程中實時地增加無人機測量技術教學內容，讓學生了解和自己專業相關領域的科技前沿知識，掌握先進的操作技能，才能真正為社會培養綜合能力較高的復合型人才，縮短高職教育輸出和企業輸入要求的差距，從而提升建工相關專業畢業生的就業競爭力。