无人机低空摄影在土方量计算中的应用

王丽娜

（辽宁省有色地质一〇一队有限责任公司 辽宁抚顺 113015）

摘要：近年来，随着计算机技术、通讯技术和传感器技术的不断发展，无人机低空摄影技术在现代城市经济建设中，通过自身灵活的机动性和测验精度，完善了传统测量功能体系，一方面确保了将传统测绘技术进行了先进化的转型，同时更满足了现有城市在工程效率上的要求，以此有效降低了测绘数据人员在工作环境中的压力，同时也满足了现有测绘市场中可持续发展的前提。本文主要利用大疆无人机精灵进行低空摄影，通过南方CASS软件方格网法计算土方量。

关键词：低空摄影；

1 测区概况

该地区位于抚顺市清原满族自治县，由于河流长期冲刷，河岸堆积大量淤泥，为保持河道畅通，防止河流改道，需对河道进行清理，计算工作量。

2准备工作

2.1 软硬件准备

本项目使用大疆无人机精灵、GPS-RTK、无人机数据处理软件AgisoftPhotoscan和南方CASS软件。

2.2数学基础

测绘成果平面坐标系统为2000国家大地坐标系，高斯－克吕格投影，中央子午线为123°，3度分带，带号为42，高程系统为独立高程系统。成图比例尺为1:500，图形面积单位为㎡，面积注记取位至0.01㎡。

3、工作内容

3.1无人机低空摄影测量

采用大疆精灵4无人机低空摄影测量技术对测区进行航拍，制作测区内的数字正射影像图, 用以辅助调查工作。

3.1.1 航摄设计

根据航摄成图的要求，结合航摄区域的地形条件，在确保成图精度的前提下，本次航摄任务的地面分辨率设定为2cm。

3.1.2像片控制点的布设

像片控制点布设在相对固定且易于准确定位和量测的地方。目标影像清晰，易于判刺和立体量测。点位距像片边缘不小于1cm。

3.1.3 像片控制点的测量

像片控制点的测量采用GPS-RTK进行实测，获取像控点的三维坐标。

3.1.4飞行质量

无人机航摄前。需要根据精度要求确定拍摄高度、重叠度、重叠比例、拍摄目睹等主要参数，并向当地公安部门和空管部门上报拍摄计划。为获得高质量的影像，需要选择晴朗、通透、弱风的天气进行作业。

(1)航向重叠度为80％。

(2)旁向重叠度75％。

(3)像片倾角不大于5°，像片旋角不大于15°。

(4)航高为100m。

3.2航摄数据处理

3.2.1空中三角测量

空中三角测量采用无人机数据处理软件AgisoftPhotoscan进行，空三加密部分对具有重叠的航空影像进行自动匹配连接点，从而获取每张影像的相对姿态位置。自动匹配的连接点在整个测区具有非常密集的分布，在弱纹理地区具有非常好的匹配质量。便捷的控制点量测，全自动平差解算，相机自检校和多种质量检测等工具确保高精度的空三成果。

首先进行立体像对的相对定向，其目的是恢复构成立体像对的两张影像的相对位置，建立被摄物体的几何模型，解求每个模型的相对定向参数。

在相对定向完成后，进行绝对定向，绝对定向是无人机航空影像定位的重要环节，实现了相对定向后立体模型坐标到大地坐标的转换【1】。

3.2.2DOM拼接裁切

为了保证影像的完整性并且达到标准要求，通常情况下左右影像的正射影像都要同时生成并合并成像对，再将合并后的正射影像进行DOM的镶嵌。

为保证影像的协调性，DOM镶嵌之前应调整每个像对的正射影像，使其达到近似一致的色调和对比度。

3.2.3拼接后检查

拼接后检查主要包括影像的辐射质量检查和影像的精度质量检查。

影像的辐射质量检查主要从影像的亮度和色彩两方面进行检查，一般采用目视检查法，主要包括：整幅图色调是否均匀，反差及亮度是否适中，影像拼接处色调是否一致，是否存在斑点、拉花痕迹等。影像要色彩均衡，饱和度适中、自然，无明显接边痕迹。要求影像清晰，相同地物影像色调基本一致，色调均匀，色彩分明。

影像的精度质量检查主要对图幅影像质量、图幅影像接边质量和影像数学精度进行检查。

图幅影像接边质量检查主要检查相邻图幅DOM接边线两侧节点处是否有影像错位现象，观察相邻图幅DOM之间影像是否模糊、色彩是否均衡等。

4质量检查与应用

依据《数字测绘成果质量检查与验收》（GB/T18316-2008）、《测绘成果质量检查与验收》（GB/T24356-2009），本工程成果成图实行“二级检查，一级验收”制度。检查内容包括图形整饰及数字正射影像图的质量、色彩及亮度。经最终检查一致认为航摄飞行航向重叠度和旁向重叠度较高，影像清晰、层次分明、颜色饱和、色彩均匀、没有色斑、大面积坏点以及曝光过度等情况。成图质量较高，满足规范要求，可投入生产使用。

质量检查合格后，输出DOM成果，利用航测软件采集数据，完成DLG制作，输出DLG成果。

5土石方量计算

土方量计算包括三角网法土方计算、断面法土方计算和方格网法土方量计算等。本次主要采用方格网法计算。

方格网法适用于一些地形起伏较小，坡度变化平缓的场地，这种方法是将场地划分成若干个正方形格网，然后计算每个四棱柱的体积，从而将所有四棱柱的体积汇总得到总的土方量。以下为方格网法计算土石方量的原理：方格四个角点均为填或者均挖，其挖方或填方体积为：

V=a2（h1+h2+h3+h4）/4，式中h1\h2\h3\h4为方格网四角点挖或填的高度，均取绝对值，单位为m，a为方格边长；若方格四个角点中，部分为挖方、部分为填方时，其挖方或填方体积分别为V1、2=a2/4×[h12/（h1+h4）+h22/（h2+h3）]；V3、4=a2/4×[h32/（h2+h3）+h42/（h1+h4）]；方格中三个角点为挖方（或填方）另一角点为填方时（或挖方）时，其填方部分的土方量为：V4=a2h43/6（h1+h4）(h3+h4）其挖方部分土方量为:V1、2、3=a2（2h1+h2+2h3-h4）/6+V4。

通过计算可以准确计算出河道淤泥的土方量，为清理河道工程顺利进行奠定基础。

6 无人机测绘技术的应用

无人机低空摄影广泛应用于各个领域，如水土环境监测、国土环境测绘、灾情救援工作等。无人机低空摄影测量数据处理技术的发展完善了现有城市经济建设环境体系，依据自身操控便利和数据准确性为增添测绘工作提供了更加广泛的延伸条件，同时更确保了整体工作开展的稳定性【2】，并为后续技术可持续延伸打下了良好的基础，故而，依据无人机低空摄影技术确定相应功能延伸方向，符合现代的测绘理念的全面贯彻，在现有测绘领域中具备深入研究的意义。

参考文献：

【1】赵巍,卢迪,李红文,等.无人机低空摄影测量技术在新农村建设中的应用[J].测绘标准化,2016,(02):35-37.

【2】康玉霄,桑文刚,李娜,等.无人机低空摄影测量数据处理及应用[J].测绘通报,2017,(s1):62-65.