測繪技術(shù)在塑石表面積測量的應(yīng)用

賈周云，唐健康，樊寬林

(1.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 712000；2.國家電網(wǎng)西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850001；3.四川中水成勘院測繪工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610072)

0 前 言

隨著人民生活水平的不斷提高，人們對人居環(huán)境的舒適度和美感要求越來越高。在項(xiàng)目開發(fā)中，項(xiàng)目業(yè)主為了達(dá)到提高居住環(huán)境質(zhì)量的目的，運(yùn)用了大量的技術(shù)手段，其中就包括塑石假山工程。由于塑石假山造價高，項(xiàng)目開發(fā)方和承包商對塑石假山的工程量非常重視，在此背景下四川中水成勘院測繪工程有限責(zé)任公司承接了某項(xiàng)目的塑石表面積測量工作，把測繪技術(shù)運(yùn)用于塑石表面積的測量，為開拓公司的業(yè)務(wù)范圍作了一些嘗試。

1 方案設(shè)計(jì)

工程量成果精度一般規(guī)范要求對同一區(qū)域工程量兩次獨(dú)立測量的較差，土方方量不超過7%，石方方量不超過5%，混凝土方量不超過3%。換算成單次測量相對中誤差，土方方量不超過2.47%，石方方量不超過1.76%，混凝土方量不超過1.06%。由于本工程屬于造價更高的塑石假山工程，開發(fā)商要求表面積測量相對中誤差不大于0.3%，且計(jì)算表面積的點(diǎn)間距不大于20 mm。

本項(xiàng)目塑石假山工程如圖1所示。圖中上半部分為別墅區(qū)，中間部分為塑石假山裝飾后的陡崖區(qū)，下面部分為堡坎和高層建筑。

1.1 作業(yè)方法及使用儀器

根據(jù)圖1可知，塑石假山表面凹凸不平，采用單一測量方法根本無法完成，經(jīng)分析研究本項(xiàng)目后確定采用下列方案完成，各設(shè)備照片及儀器編號見圖2。

圖1 塑石假山示意

TCA2003 GNSS接收機(jī) 飛馬D200無人機(jī) 大疆精靈4無人機(jī) SONY α7 RⅡ

圖2各設(shè)備照片及儀器編號

(1)控制測量。邊角測量采用徠卡TCA2003全站儀，測角精度0.5″、測距精度1 mm+1 ppm；大地坐標(biāo)引測采用中海達(dá)雙頻GNSS接收機(jī)，標(biāo)稱基線測量精度為3 mm+1 ppm。

(2)空中航攝主拍。飛馬D200無人機(jī)，配置飛馬D-OP300五鏡頭傾斜模塊，五鏡頭傳感器尺寸均為23.5 mm×15.6 mm，鏡頭焦距參數(shù)為中間垂直鏡頭25 mm，四周傾斜鏡頭35 mm，傾斜相機(jī)傾斜角度45°，單機(jī)有效像素2 400萬。

(3)假山凹槽空中輔助航拍。采用大疆精靈4無人機(jī)，像素2 000萬。

(4)局部漏洞數(shù)據(jù)采集。采用手持相機(jī)SONY α7 RⅡ，像素4 200萬。

1.2 控制測量

控制測量的空間點(diǎn)位精度應(yīng)根據(jù)表面積的測量精度進(jìn)行估算。為了保證控制點(diǎn)精度不至于對表面積測量的精度產(chǎn)生顯著影響，根據(jù)誤差忽略不計(jì)原則，按面積測量精度的1/3進(jìn)行控制測量精度估算，因表面積比實(shí)際面積放大約1.5倍，因此按面積測量精度的1/4.5進(jìn)行估算。

1.2.1 精度估算

1.2.2 控制點(diǎn)布設(shè)與聯(lián)測

首級控制點(diǎn)2個成果引測及外圍像控點(diǎn)測量采用中海達(dá)GNSS接收機(jī)使用千尋網(wǎng)絡(luò)RTK模式進(jìn)行。

塑石假山范圍內(nèi)像控點(diǎn)和成果檢查點(diǎn)聯(lián)測用的首級控制點(diǎn)2個，應(yīng)以GNSS引測的一個為起算點(diǎn)，另一個為起算方向點(diǎn)；采用全站儀往返測獲取方向點(diǎn)的坐標(biāo)和高程成果，控制點(diǎn)邊長約250 m，按三等水平角和天頂距的測角精度1.8″和測距精度1 mm+1 ppm估算，控制點(diǎn)空間點(diǎn)位中誤差為3.4 mm。像控點(diǎn)和成果檢查點(diǎn)選擇航飛影像上的人工建筑物明顯規(guī)則棱角等作為標(biāo)志，從首級控制點(diǎn)上按四等精度一站聯(lián)測，最大邊長250 m，測角中誤差為2.5″，測距精度1 mm+1 ppm，經(jīng)估算得像控點(diǎn)相對于首級控制點(diǎn)的中誤差為4.5 mm。根據(jù)誤差傳播律可知像控點(diǎn)的最終精度為5.7 mm，滿足1.2.1節(jié)中的精度估算要求。

1.3 影像數(shù)據(jù)采集

空中航攝主拍參數(shù)按12 mm地面分變率、航向重疊度80%、旁向重疊度80%設(shè)置，計(jì)算的基線長為9.6 m，航線間距14.4 m，按傾斜攝影方式布設(shè)航線。

假山凹槽空中輔助航拍采用大疆精靈4無人機(jī)，航向重疊度80%、旁向重疊度80%，航線按中、高、低進(jìn)行敷設(shè)，航線大致平行于塑石走向，鏡頭方向水平。

手持相機(jī)補(bǔ)拍，根據(jù)主拍和輔拍的情況進(jìn)行補(bǔ)拍，補(bǔ)拍重疊度不低于80%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 控制測量數(shù)據(jù)處理

將GNSS測得的CGCS2000成果結(jié)合EGM2008重力場模型計(jì)算的高程異常求得引測控制點(diǎn)及外圍像控點(diǎn)的高程，并根據(jù)塑石假山的平均高程，以測區(qū)的平均經(jīng)度作為中央子午線，按高斯投影方式求出各點(diǎn)平面坐標(biāo)；全站儀測站點(diǎn)和像控點(diǎn)按選定的投影方式進(jìn)行計(jì)算。

1.4.2 航拍數(shù)據(jù)處理

航拍影像數(shù)據(jù)先進(jìn)行像主點(diǎn)偏心和畸變差糾正，然后進(jìn)行數(shù)字空中三角測量，精度滿足要求后，再使用實(shí)景三維模型處理軟件構(gòu)建三維模型。

1.4.3 手持相機(jī)數(shù)據(jù)處理

手持相機(jī)拍攝的影像數(shù)據(jù)先進(jìn)行像主點(diǎn)偏心和畸變差糾正，然后進(jìn)行數(shù)字空中三角測量，使用實(shí)景三維模型處理軟件構(gòu)建三維模型，再利用航拍實(shí)景三維模型的同名特征點(diǎn)對其進(jìn)行糾正，要求特征點(diǎn)能有效控制手持相機(jī)數(shù)據(jù)生成的實(shí)景三維模型。

1.4.4 數(shù)據(jù)融合

將三種拍攝方式獲取的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，生成無漏洞的完整模型，再利用模型計(jì)算塑石假山的表面積。

2 方案實(shí)施

2.1 影像獲取

飛馬無人機(jī)共飛行15條航線，單鏡頭采集546張相片，五鏡頭共獲取2 730張影像，大疆精靈4共飛行6條航線，獲取147張，手持相機(jī)獲取1 349張。

2.2 像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)聯(lián)測

像控點(diǎn)是以飛馬無人機(jī)飛行15條航線，按每5條航線布設(shè)1排，每12條基線布設(shè)1個像控點(diǎn)，共布設(shè)16個像控點(diǎn)，檢查點(diǎn)布設(shè)在塑石假山附近的擋墻拐角，共布設(shè)7個檢查點(diǎn)。

2.3 三維模型生產(chǎn)及面積量算

三維模型生產(chǎn)是耗時最長的，包括影像糾正、數(shù)字空三、像控點(diǎn)導(dǎo)入、模型計(jì)算等過程。模型生成后，在按區(qū)域進(jìn)行表面積量算，本項(xiàng)目共分為4個區(qū)域，各區(qū)域形狀和面積(深色區(qū))見圖3。

3 成果質(zhì)量評定

成果質(zhì)量評定采取的方法是量模型上檢查點(diǎn)的坐標(biāo)與全站儀外業(yè)測量的成果進(jìn)行比對分析，比對情況見表1。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算空間點(diǎn)位中誤差為33.0 mm。

將實(shí)測點(diǎn)反算邊長與模型點(diǎn)反算邊長進(jìn)行比較，結(jié)果見表2。

圖3 各區(qū)域形狀和面積示意

點(diǎn)名點(diǎn)位類別XYH墻角1實(shí)測/m3 293 715.962 4500 234.553 9294.673 0模型/m3 293 715.98500 234.59294.64坐標(biāo)較差/mm17.636.1-33.0位置較差/mm52.0墻角2實(shí)測/m3 293 699.501 4 500 279.946 3 294.884 8 模型/m3 293 699.50 500 279.94 294.88 坐標(biāo)較差/mm-1.4 -6.3 -4.8 位置較差/mm8.0墻角3實(shí)測/m3 293 736.088 5 500 201.390 5 294.724 5 模型/m3 293 736.10 500 201.40 294.72 坐標(biāo)較差/mm11.5 9.5 -4.5 位置較差/mm15.6 墻角4實(shí)測/m3 293 768.119 9 500 208.886 8 295.115 0 模型/m3 293 768.13 500 208.89 295.11坐標(biāo)較差/mm10.1 3.2 -5.0 位置較差/mm11.7墻角5實(shí)測/m3 293 818.349 4 500 243.548 8 296.168 9 模型/m3 293 818.34 500 243.55 296.17 坐標(biāo)較差/mm-9.4 1.2 1.1 位置較差/mm9.5墻角6實(shí)測/m3 293 876.533 0 500 258.127 7 296.122 5 模型/m3 293 876.54 500 258.15 296.15 坐標(biāo)較差/mm7.0 22.3 27.5位置較差/mm36.1墻角7實(shí)測/m3 293 984.155 9 500 314.002 4 299.452 5 模型/m3 293 984.19 500 314.04 299.43坐標(biāo)較差/mm34.1 37.6 -22.5位置較差/mm55.5

表2 實(shí)測點(diǎn)反算邊長與模型點(diǎn)反算邊長比較

4 結(jié) 論

本文論述了測量方法對塑石表面積的測量，經(jīng)過成果質(zhì)量評定，表明成果精度符合業(yè)主要求。要使得新的測繪項(xiàng)目最終成果滿足預(yù)期精度要求，并對類似工作提供指導(dǎo)性方案，必須通過以下幾道工序：方案設(shè)計(jì)、嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)作業(yè)、成果檢驗(yàn)、技術(shù)總結(jié)。