航空攝影測量技術在工程測繪中的應用

吳陽飛

摘要：近年來隨著大量工程建設的規劃與興建，工程測繪越發顯得舉足輕重，其不僅關于工程項目開展前的場地標高及地形地貌調查，更能針對現場部分工程量進行詳細的統計，具備較好的優越性。本文首先介紹航空攝影測量的基本定義，并從多個應用場景介紹了航空攝影測量技術在工程測繪中的應用情況，希望希望對相關行業人員有一定的幫助。

關鍵詞：航空攝影;工程測繪;測量學

1 航空攝影測量的基本介紹

航空攝影測量指的是在飛機上用航攝儀器對地面連續攝取像片，結合地面控制點測量、調繪和立體測繪等步驟，繪制出地形圖的作業。其原本作用僅用于針對大范圍地形的初步了解與掌握，但隨著技術的發展，航空攝影測量的應用范圍也越來越廣，用處也越來越多，航空攝影在常規測量工作中的占比也越來越大，日益成為重要的工程建設輔助工具。

2 踏勘應用

為于簡報清楚說明施工場地現況，踏勘時除必須一步一腳印對于施工場地周遭設施詳實拍照并紀錄以外，通過航空攝影方式可改善地面無法通視的缺點，僅采用幾張加工后的空拍透視圖即可向閱聽演示者清楚傳達施工場地概況。同時因空拍透視圖系踏勘當下拍攝的影像，可避免所購買正射影像，因多年未更新致無法反映當下施工場地及其周邊的相關設施情形。

3工程進度及核查應用

傳統工程系以工程預定進度百分比與實際進度百分比對比，并輔以施工照片及文字說明，向業主說明施工進度及現況，而自航空攝影普及化后，即可通過近況空拍，并與過去拍攝透視影像并列呈現，可更容易看出工程標的物于過去數月（或數年）的變化，提供更直觀的判斷。例如某新加坡財團投資的廈門某商業綜合體，該工程自引進航空攝影技術呈現工程進度比較后，使遠在新加坡的業主對于工程進展有更明確的了解，于此同時亦提升了業主的滿意度。

公共工程經常遭遇機關辦理工程查核或參訪，來訪人員通常系臨時編組，對于工程計劃內容的了解不似工程團隊成員深入，此時則可通過航空空拍透視圖幫助來賓快速了解工程全貌、施工項目、施工障礙等現況內容。

由于施工屬于動態發展，故工程團隊多習慣于施工過程前、中、后拍攝影像紀錄。近年來，除一般地面視角及施工情形攝影外，亦輔以航空工具，進行施工前拍攝影像保存施工場地原始風貌、施工中對于過程的紀錄、完工后以具有張力的攝影手法呈現可做為爾后公司業績介紹或宣傳圖像。

4 地形測量（初步規劃階段）

以2016 年的廈門金磚道路改造項目為例，由于民眾陳情表示行經該路口經常導致車輛底盤碰撞道路路面，希望獲得改善，公路管理單位為向上級機關爭取相關道路改善預算，故向某航空攝影公司委托協助。由于該項目屬于立項階段，無相關經費委托測量公司辦理現場地形測量，且機關本身亦無測量隊編制，經溝通后，由機關向轄內承攬工程的施工單位請求協助地形測量作業，但所得成果未如預期，無法用于道路規劃評估使用。

因此，鑒于航空設備取得容易，且機上搭載GPS定位功能單元，應可視為航空測量的低階機種應用，故嘗試使用航空空拍機作為本案地形測量工具，通過案例試作，了解其可行性暨適用性，做為未來精進使用的參考。為達足夠的影像覆蓋率及飛行穩定性，使用空拍機作為地形測量工具前系先利用免費航線規劃app完成任務規劃，于飛行后取得影像，并使用相關后處理軟件計算獲得地形等高線，以進行后續道路定線、縱橫斷面設計。

經使用航空攝影工具作為地形測量設備，可辦理后續道路設計，作為爭取預算階段的地形測量工具，但應注意下列事項：

1）航空攝影種僅適用于初步規劃階段地形測量使用，如擬提高精度，應使用較高階設備（如RTK）。

2）使用航空攝影辦理地形測量前，如未于現場布設控制點，則所得坐標與絕對坐標誤差較大。

3）航空攝影無法穿透森林、設施（如鐵皮車棚），樹林或障礙物下方高程無法測得。

5 土方開挖計算

航空空拍影像可以后處理地形等高線、亦可自動產生環境實景模型，結合上述兩項應用即可運用于開挖土方量計算。

2018 年3 月，某施工單位首次嘗試在某建筑開挖施工場地利用航空攝影制作實景模型，并以軟件比較兩次（2018/3/12、2018/3/15）空拍測量數據后計算土方開挖量，計算所得開挖量約1487m3，經比對現場出土表報（1424m3）后，兩者差異約4.1%，評估差異來源應來自下列原因：

1）現場停放不動的施工機具/車輛，如挖土機、運輸卡車，于軟件計算時將會納入體積計算。

2）現場報表系以"車上方"計算，且車斗角落通常未予填滿。

3）松實比（1.3：1.0）系施工前取樣試驗的單一結果，因地層結構不同，實際非屬定值。

4）一般航空攝影的GPS定位誤差較大，如使用高精度GPS，定位誤差可縮小至1公分。

此項技術后于2020年再以另一大型建筑開挖施工場地驗證，獲得開挖量89302m3，與車上方統計值（約92000m3）比較，誤差則縮小至2.7%。

相較于傳統挖填量計算需派遣測量隊至現場收方、下載地形測量數據、后處理等才能獲得成果，使用航空攝影技術于土方挖填計算僅需執行兩次空拍（數小時不等，視施工場地面積大小而定），并交由后處理軟件執行計算即可快速取得現場量體，效率獲得大幅提升，并減少人力資源浪費，如若使用精度較高的航空攝影機，則可大幅提高地形測量成果的準確性。此項地形測量技術亦可用于人員不易到達的山坡地坍方量估算，并據以推估下游土石流量體，減少過去因邊坡坍方量獲取不易而使用不同經驗公式計算衍生的爭議，其具有可達快速抵達災難地點、快速測量，并減少人員赴險的優點。

6 結論

在工程測繪應用上，利用航空飛機并搭載攝影設備，采用"鳥的視角"對于工程開工前/施工過程/竣工的影像紀錄，其后則進一步應用至地形測量，或利用空拍影像信息后處理成果的進階使用（初步規劃、實景建模、土方挖填估算），使用范圍可謂十分廣泛。筆者認為在未來，航空攝影技術將更加精進與完善，激發更多創意，其在工程領域的應用范圍也將持續發揮至淋漓盡致。

參考文獻：

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