消费级无人机在地形测量中的应用探索

齐志远

摘 要： 土石方量的测量与计算贯穿于基坑施工的全过程。施工过程中机械设备多、噪音污染大，能见度差，现场测量工作安全隐患较大。本文以长江文创产业园项目为例，探索利用无人机进行摄影测量，替代传统测量手段，经过软件处理形成方格网数据及正射影像图，并对成果精度进行评定，可为类似工程提供参考。

关键词： 摄影测量; 无人机; 正射影像; 方格网; 精度评定

【中图分类号】P228.4  【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）18-0042-02

前言

航测作为测绘发展的新技术，以其覆盖面广、数据现势性强、影像分辨率高等优点，已经在国土、农业、环境监测等领域获得了广泛的应用。但是对于建设工程项目来讲，传统的航测成本过于高昂。而消费级无人机的出现，为解决上述问题提供了崭新的思路。该方法不受场地障碍影响，费用相对低廉，在对场地土石方量追踪管理方面成本较低，同时由于避免了大量人工现场作业，大幅提高了测量人员的安全保障。

1 工程概况

长江文创产业园项目位于基地东北角，主要由地面以上1#～4#楼四栋单体及二层地下室组成。单体在地面以下由地下室连为一个整体，地下室不设缝，为一个整体，建筑面积64163.50平方米。基坑面积46900平方米，周长超过1000米，最大开挖深度15米，属于大面积深基坑工程。

2 外业流程

2.1 测区踏勘

项目东侧为光谷四路，道路中心线距离基坑边缘40米。项目周边无三层以上建筑物，无高压走廊，拟定飞行区域上方200米以内未设禁飞区。项目西北角地势较高，已完成场平，可作为无人机起降点。见下图2.1.1。

2.2 航线规划

本次任务选用大疆精灵4四旋翼无人机，配合Altizure软件进行航线规划，设定拍摄高度80米，东西方向折返飞行，航向重叠65%、旁向重叠65%，共计7个航带，照片数量81张，飞行时间16分钟。见上图2.1.2。

2.3 相控点测设

布设要求：（1）相控点应布设在相对平坦的地面上，避免植被和水面区域。（2）相控点的数量应满足最低解算要求。（3）相控点的分布须有效覆盖测区四角且每个相控点最少能在两张照片上找到。（4）相控点标识应清晰锐利便于刺点。

本次任务共布设相控点5个，分别位于测区四个角点及中心。所有相控点均为平高点，相控点的三维坐标用GPS RTK测得。

2.4 数据采集

飞行任务设置完成后上传至云台，无人机将根据飞行任务自动完成飞行和拍摄。

3 数据处理

3.1 数据处理流程

数据处理作业流程图（以PIX4D后处理软件为例）

3.2 原始数据准备

原始数据包括影像数据、POS数据以及控制点数据。

POS（相机姿态参数）在飞行拍摄时会自动记录在相片属性中，通过软件MagicEXIF进行编辑。用于后处理的相机姿态参数包括相片名称、相机云台经度、纬度、高度、俯仰角ψ、航偏角ω、横滚角κ。

3.2 控制点联接

控制点联接也叫刺点，同一个相控点至少要求在两张不同的相片中刺出。

影像数据、POS参数和控制点联接完成后，使用软件自动处理运算功能，生成质量分析报告、DSM、DOM、网格三维坐标和正射影像图。

4 质量分析报告

主要关注区域网空三误差、自检校相机误差和控制点误差。

4.1 区域网空三误差

Mean reprojection error就是空三中误差，以像素为单位。相机传感器上的像素大小通常为6微米（μm），不同相机可能不一样。换算成物理长度单位就是0.166577*6μm。

4.2 自检校相机误差

R1、R2、R3三个参数不能大于1，否则可能出现严重扭曲现象。 本次试验R1、R2、R3 分别为0.001、-0.008、0.003，均小于限差。

4.3 控制點误差

ErrorX、ErrorY、ErrorZ为三个方向的误差。其中误差最大的点为Error（1） X方向，达到了0.063m，其他所有方向的误差均小于0.05m，能够满足本次试验的要求。

5 成果精度分析

从航测法获取的地面网格点三维坐标中任意均匀选取24个特征点作为样本，将该方法与传统GPS-RTK测量法进行比较（假定GPS法测量结果没有误差）。计算结果显示，航测处理下24个检查点平均误差3.7cm，最大误差13.9cm，高程中误差5.8cm，测量成果完全可以满足任务设定的要求。

6 结语

相对于传统土石方测量方法，无人机航测技术具备如下优势：

①更加机动、灵活，不受地形限制，在平缓、陡峭地区均适用;

②数据采集更加快速，传统方法数据采集通常需要数天，该方法一般仅需一天就能完成，特别是当测量面积较大时其优势更加明显;

③在测得地形高程数据同时，该方法获取了影像数据，可更加精确界定土石方的计算范围，使计算结果更加精准;

④所得的DEM为数字形式，可直接导入商业软件中进行计算分析，提高了计算效率;

⑤减少了人员投入，减轻了外业工作量，节约了生产成本。

参考文献

[1]陈淼新、袁树才、孙雨，无人机航空摄影测量在土方平衡中的应用，测绘与空间地理信息，2017.12.

[2]肖卫峰，无人机航空摄影测量技术在地形测量中的应用与实践，理论与创新，2018.8.

[3]无人机航空摄影测量在土石方量计算中的应用，搜狐网，2018.6.