消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)在地形測(cè)量中的應(yīng)用探索

齊志遠(yuǎn)

摘?要：?土石方量的測(cè)量與計(jì)算貫穿于基坑施工的全過(guò)程。施工過(guò)程中機(jī)械設(shè)備多、噪音污染大，能見度差，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作安全隱患較大。本文以長(zhǎng)江文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目為例，探索利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量，替代傳統(tǒng)測(cè)量手段，經(jīng)過(guò)軟件處理形成方格網(wǎng)數(shù)據(jù)及正射影像圖，并對(duì)成果精度進(jìn)行評(píng)定，可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：?攝影測(cè)量;?無(wú)人機(jī);?正射影像;?方格網(wǎng);?精度評(píng)定

【中圖分類號(hào)】P228.4??【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）18-0042-02

前言

航測(cè)作為測(cè)繪發(fā)展的新技術(shù)，以其覆蓋面廣、數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、影像分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在國(guó)土、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但是對(duì)于建設(shè)工程項(xiàng)目來(lái)講，傳統(tǒng)的航測(cè)成本過(guò)于高昂。而消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，為解決上述問(wèn)題提供了嶄新的思路。該方法不受場(chǎng)地障礙影響，費(fèi)用相對(duì)低廉，在對(duì)場(chǎng)地土石方量追蹤管理方面成本較低，同時(shí)由于避免了大量人工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，大幅提高了測(cè)量人員的安全保障。

1?工程概況

長(zhǎng)江文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目位于基地東北角，主要由地面以上1#～4#樓四棟單體及二層地下室組成。單體在地面以下由地下室連為一個(gè)整體，地下室不設(shè)縫，為一個(gè)整體，建筑面積64163.50平方米?；用娣e46900平方米，周長(zhǎng)超過(guò)1000米，最大開挖深度15米，屬于大面積深基坑工程。

2?外業(yè)流程

2.1?測(cè)區(qū)踏勘

項(xiàng)目東側(cè)為光谷四路，道路中心線距離基坑邊緣40米。項(xiàng)目周邊無(wú)三層以上建筑物，無(wú)高壓走廊，擬定飛行區(qū)域上方200米以內(nèi)未設(shè)禁飛區(qū)。項(xiàng)目西北角地勢(shì)較高，已完成場(chǎng)平，可作為無(wú)人機(jī)起降點(diǎn)。見下圖2.1.1。

2.2?航線規(guī)劃

本次任務(wù)選用大疆精靈4四旋翼無(wú)人機(jī)，配合Altizure軟件進(jìn)行航線規(guī)劃，設(shè)定拍攝高度80米，東西方向折返飛行，航向重疊65%、旁向重疊65%，共計(jì)7個(gè)航帶，照片數(shù)量81張，飛行時(shí)間16分鐘。見上圖2.1.2。

2.3?相控點(diǎn)測(cè)設(shè)

布設(shè)要求：（1）相控點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在相對(duì)平坦的地面上，避免植被和水面區(qū)域。（2）相控點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)滿足最低解算要求。（3）相控點(diǎn)的分布須有效覆蓋測(cè)區(qū)四角且每個(gè)相控點(diǎn)最少能在兩張照片上找到。（4）相控點(diǎn)標(biāo)識(shí)應(yīng)清晰銳利便于刺點(diǎn)。

本次任務(wù)共布設(shè)相控點(diǎn)5個(gè)，分別位于測(cè)區(qū)四個(gè)角點(diǎn)及中心。所有相控點(diǎn)均為平高點(diǎn)，相控點(diǎn)的三維坐標(biāo)用GPS?RTK測(cè)得。

2.4?數(shù)據(jù)采集

飛行任務(wù)設(shè)置完成后上傳至云臺(tái)，無(wú)人機(jī)將根據(jù)飛行任務(wù)自動(dòng)完成飛行和拍攝。

3?數(shù)據(jù)處理

3.1?數(shù)據(jù)處理流程

數(shù)據(jù)處理作業(yè)流程圖（以PIX4D后處理軟件為例）

3.2?原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

原始數(shù)據(jù)包括影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)以及控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。

POS（相機(jī)姿態(tài)參數(shù)）在飛行拍攝時(shí)會(huì)自動(dòng)記錄在相片屬性中，通過(guò)軟件MagicEXIF進(jìn)行編輯。用于后處理的相機(jī)姿態(tài)參數(shù)包括相片名稱、相機(jī)云臺(tái)經(jīng)度、緯度、高度、俯仰角ψ、航偏角ω、橫滾角κ。

3.2?控制點(diǎn)聯(lián)接

控制點(diǎn)聯(lián)接也叫刺點(diǎn)，同一個(gè)相控點(diǎn)至少要求在兩張不同的相片中刺出。

影像數(shù)據(jù)、POS參數(shù)和控制點(diǎn)聯(lián)接完成后，使用軟件自動(dòng)處理運(yùn)算功能，生成質(zhì)量分析報(bào)告、DSM、DOM、網(wǎng)格三維坐標(biāo)和正射影像圖。

4?質(zhì)量分析報(bào)告

主要關(guān)注區(qū)域網(wǎng)空三誤差、自檢校相機(jī)誤差和控制點(diǎn)誤差。

4.1?區(qū)域網(wǎng)空三誤差

Mean?reprojection?error就是空三中誤差，以像素為單位。相機(jī)傳感器上的像素大小通常為6微米（μm），不同相機(jī)可能不一樣。換算成物理長(zhǎng)度單位就是0.166577*6μm。

4.2?自檢校相機(jī)誤差

R1、R2、R3三個(gè)參數(shù)不能大于1，否則可能出現(xiàn)嚴(yán)重扭曲現(xiàn)象。?本次試驗(yàn)R1、R2、R3?分別為0.001、-0.008、0.003，均小于限差。

4.3?控制點(diǎn)誤差

ErrorX、ErrorY、ErrorZ為三個(gè)方向的誤差。其中誤差最大的點(diǎn)為Error（1）?X方向，達(dá)到了0.063m，其他所有方向的誤差均小于0.05m，能夠滿足本次試驗(yàn)的要求。

5?成果精度分析

從航測(cè)法獲取的地面網(wǎng)格點(diǎn)三維坐標(biāo)中任意均勻選取24個(gè)特征點(diǎn)作為樣本，將該方法與傳統(tǒng)GPS-RTK測(cè)量法進(jìn)行比較（假定GPS法測(cè)量結(jié)果沒(méi)有誤差）。計(jì)算結(jié)果顯示，航測(cè)處理下24個(gè)檢查點(diǎn)平均誤差3.7cm，最大誤差13.9cm，高程中誤差5.8cm，測(cè)量成果完全可以滿足任務(wù)設(shè)定的要求。

6?結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于傳統(tǒng)土石方測(cè)量方法，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)具備如下優(yōu)勢(shì)：

①更加機(jī)動(dòng)、靈活，不受地形限制，在平緩、陡峭地區(qū)均適用;

②數(shù)據(jù)采集更加快速，傳統(tǒng)方法數(shù)據(jù)采集通常需要數(shù)天，該方法一般僅需一天就能完成，特別是當(dāng)測(cè)量面積較大時(shí)其優(yōu)勢(shì)更加明顯;

③在測(cè)得地形高程數(shù)據(jù)同時(shí)，該方法獲取了影像數(shù)據(jù)，可更加精確界定土石方的計(jì)算范圍，使計(jì)算結(jié)果更加精準(zhǔn);

④所得的DEM為數(shù)字形式，可直接導(dǎo)入商業(yè)軟件中進(jìn)行計(jì)算分析，提高了計(jì)算效率;

⑤減少了人員投入，減輕了外業(yè)工作量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]陳淼新、袁樹才、孫雨，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量在土方平衡中的應(yīng)用，測(cè)繪與空間地理信息，2017.12.

[2]肖衛(wèi)峰，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)量中的應(yīng)用與實(shí)踐，理論與創(chuàng)新，2018.8.

[3]無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量在土石方量計(jì)算中的應(yīng)用，搜狐網(wǎng)，2018.6.