消費級無人機在土方量計算中的應用實踐

吳迪

摘 要：近年來，傾斜攝影測量技術隨著無人機技術的逐步成熟獲得新的發展，無人機傾斜攝影測量技術在測繪、林業、農業等行業得到廣泛應用。本文主要介紹利用消費級無人機對測區進行影像采集，生成地面實景三維模型后，在模型上進行地面高程點采集，并計算測區土方量。

關鍵詞：傾斜攝影測量;地面實景三維模型;土方量計算

中圖分類號：TD17文獻標識碼：A文章編號：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 消費級無人機傾斜攝影測量系統

1.1 無人機傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術是測繪領域近年來發展迅猛的一項新技術，彌補了以往正射影像垂直拍攝的局限，通過控制無人機飛行平臺上相機的角度，對同一測區從垂直和4個傾斜角度共5個方向進行拍照，采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息，將用戶引入符合人眼視覺的真實直觀世界[1-5]。特別是近年來大疆公司陸續推出了多款消費級無人機，如精靈3、精靈4系列無人機，這類消費級無人機低至幾千元，大大降低了傾斜攝影測量的成本。

1.2 無人機傾斜攝影測量系統組成

無人機傾斜攝影測量系統由無人機、地面站軟件和數據處理軟件三部分組成。主要設備、軟件如表1所示。

2 無人機土方量計算案例

2.1 測區概況

測區位于渭南市某學校校區，新校區建設拆遷房屋產生大量建筑垃圾，為清理施工場地，將施工垃圾進行土方倒運，需要測量土方倒運量。測區原地面地勢平坦，面積約2 500 m2，觀測時間為12月份，地面附著植被大部分已經枯萎，地表裸露較多。土方量計算范圍如圖1所示。

2.2 航線規劃

航線規劃的目的是依據測區地形和精度要求，綜合考慮無人機的航速、耗能和飛行區域等信息，為無人機設計最佳飛行航線，保證無人機快速、高效完成數據采集任務[6-10]。本次飛行航線規劃軟件為武漢圓桌智慧科技有限公司開發的RTechGo，采用傾斜測量數據采集方式。航線規劃如圖2所示，飛行航線共5條，分別從前、后、左、右、上5個方向拍攝測區實景照片，航線高度55 m，航向重疊度80%，旁向重疊度70%，地面分辨率1.47 cm，照片數量211張。

2.3 像控點及影像數據采集

本次任務范圍較小，附近無合適標線作為像控點，因此，采用擺設像控板的形式布設像控點，像控板大小為60 cm×60 cm，噴涂頂點相對的兩個三角作為標志（見圖3）。像控點布設位置位于測區四個角點及測區中心，共計5個點（見圖4）。像控點坐標采用Xian80坐標系，先對規劃院提供的基準點進行點校正，然后采集5個像控點坐標。

2.4 重建三維模型

對采集到的影像數據進行質量檢查，剔除個別虛化或無效數據后，通過如下步驟生成三維地面模型：①應用影像自帶pos信息進行空中三角計算;②加入控制點信息（刺點）后，再次進行空中三角測量;③新建重建項目，生成三維地面模型，坐標系選擇Xian80坐標系，格式選擇OSGB格式。

3 土方量計算

3.1 高程點提取

清華山維公司EPS軟件的加載OSGB模型，可以三維、二維聯動采集地面地物要素。選擇提取高程點命令，以點選的方式在模型上采集地面點，選點原則與使用GNSS-RTK或全站儀進行碎部測量選點原則一樣，注意避開樹木、草叢等附著物。首先沿著測區一周測量土方計算的范圍，共29個點，然后在測區內地勢起伏特征點上采集點坐標，共51個點。數據采集完成后，將高程點輸出為坐標文件。

3.2 土方量計算

取測區四周29個邊界點的高程平均值356.822 m作為測區的原地面高程。在南方CASS軟件中用復合線將測區邊界點逐個連接起來，用命令C完成閉合。選擇DTM法，利用坐標文件計算土方量，依據軟件提示選擇范圍和坐標文件，得到測區土方量為7 332.6 m3，結果如圖5所示。用GNSS-RTK測量的方法進行數據采集，計算的土方量為7 235.5 m3，相差1.3%，這是由模型選點位置與GNSS-RTK選點位置差異造成的。上述結果滿足相關規范要求，計算結果也獲得了委托方認可。

4 結語

傳統的土方量計算方法有鋼尺丈量、GNSS-RTK測量與全站儀測量等，這些方法觀測效率較低，在地形復雜地區精度差。本文介紹的利用無人機傾斜攝影測量采集地面影像數據生成地面實景三維模型，在三維模型上進行特征點采集，可以直觀、全面采集碎部點坐標，大大提高了工作效率，減小了勞動強度，在地面樹木、草叢等附著物較少的地區，該方法具有很大的推廣價值。

參考文獻：

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