广西测绘职业技术学校
摘要：以往进行土方测量，主要是用全站仪、RTK等实地测量高程点，再通过方格网、三角网等方法计算土方量。近几年低空无人机航测及计算机图像技术的发展，利用低空无人机航测进行土方测量，在提高工作效率，减少外业工作量等方法有很大的优越性。
关键词：低空无人机 土方测量 数据处理
1 前言
科技的进展在不断改变着我们的工作方式，测绘行业也是如此，近年来高科技测量设备相继涌现，测绘技术日新月异。低空无人机航测也是近几年发展起来的高新技术产品，利用低空无人机航测进行土方测量能有效减少外业工作量，提高工作效率，生产方式机动灵活，值得各同行研究探讨。
低空无人机航测是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势，随着无人机与数码相机技术的发展，基于低空无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势。
2 低空无人机航测进行土方测量方案
2.1 工作路线
2.2 低空无人机航拍
利用大疆多旋翼无人机系统进行测区影像采集，采用DJI GS PRO地面站软件进行航线规划及航拍控制。航拍必须满足如下几点要求：
⑴航拍的航线范围必须超出测区边界线50米以上。
⑵像片重叠度要求航向重叠度不小于80%，旁向重叠一般不小于50%，像片倾角不大于5度，旋偏角不大于15度。
⑶要求所拍摄影像资料的地面分辨率优于0.1米；影像资料要求清晰、色彩均匀，饱和度良好，无去影和划痕，层次丰富，色差适中，能够表达真实的地物信息。
2.3 像控点测量
像控点采用GNSS实时动态定位（RTK）的方法进行测量，施测要求如下：
⑴点位上空无遮掩物，适合于GNSS观测。
⑵进行多点校正。正式观测前，先利用周边2个已知点进行检核，各坐标分量较差均小于3cm后才能实施流动观测。
⑶观测时，移动站观测参数为：有效卫星数大于5，观测时间3秒，观测次数3次，必须使用带有支架的支杆观测，观测时支杆禁止晃动，支杆高度大于1.8米、小于2米，对中误差小于5㎜，点内符合精度Mp<3㎝，Mv<4㎝。
2.4 影像数据处理
影像数据采用Pix4Dmapper2.0进行处理，生产流程如图2。
2.5 编辑DSM数据
由于Pix4Dmapper2.0软件自动生成的DSM数据，像房屋、树林等地面物体的高程值是量算到房顶或者树顶，必须对DSM数据进行编辑减去房屋、树林等地面物体的高度；DSM数据编辑在Pix4Dmapper2.0软件平台的点云编辑模式下进行，需人机交互编辑完成。
2.6 土方量计算
一般的土方量计算可以用Pix4Dmapper2.0软件自带的计算功能测算；如果土方量计算比较复杂的、要求比较严格时，可先在Pix4Dmapper2.0软件里把DSM数据导出为CASS格式的数据，然后把DSM数据导入CASS8.0专业成图软件进行土方量计算；该软件不但可以进复杂的土方量计算，还可以生成图表打印输出。CASS8.0计算土方的方法有DTM法、断面法、方格网法、等高线法、区域土方平衡法等。
（一） DTM 法计算土方量
DTM 法土方计算共有三种方法，一种是由坐标数据文件计算，一种是依照图上高程点进行计算，第三种是依照图上的三角网进行计算。前两种算法包含重新建立三角网的过程，第三种方法直接采用图上已有的三角形，不再重建三角网。
操作过程：
（1）用复合线画出所要计算土方的区域，一定要闭合，但是尽量不要拟合。因为拟合过的曲线在进行土方计算时会用折线迭代，影响计算结果的精度。
（2）用鼠标点取“工程应用 DTM 法土方计算”。
（3）提示：选择边界线 用鼠标点取所画的闭合复合线弹出土方计算参数设置对话框。
区域面积：该值为复合线围成的多边形的水平投影面积。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
平场标高：指设计要达到的目标高程。
边界采样间隔：边界插值间隔的设定，默认值为 20 米。
边坡设置：选中处理边坡复选框后，则坡度设置功能变为可选，选中放坡的方式（向上或向下：指平场高程相对于实际地面高程的高低，平场高程高于地面高程则设置为向下放坡）。然后输入坡度值。
（二）断面法计算土方量
第一步：生成里程文件,先用复合线画一条，作为纵断面线
作业流程：工程应用→生成里程文件→生纵断面线生成→新建（这时命令栏中会提示选择纵断面线，此时选中事先画好的复合线）→生成（生成里程文件 [.hdm] 和里程数据文件 [.dat] ）。里程数据文件是里程点的坐标及各横断面点的坐标。格式：点号，断面号， Y ， X ， H
第二步：生成纵横断面
作业流程：工程应用→断面法土方计算→道路断面（选择参数）→在图面上选取绘制纵、横断面的位置 [ 鼠标在图面点选，注意命令栏中的提示 ]
第三步：计算土方量
作业流程：工程应用→断面法土方计算→图面土方计算→生成土石方数量计算表 [ 有图面生成和生成 EXCEL 两种，类似生成界址点成果表 ]
（三）方格网法计算土方量
方格网法计算土方量可分三种情况：
设计面是平面
作业流程：工程应用→方格网法土方计算→平面设置（选择参数）→ 计算输出结果
b)设计面是斜面
作业流程：工程应用→方格网法土方计算→斜面设置（选择参数）→ 计算输出结果
c)设计面是三角网文件
作业流程：工程应用→方格网法土方计算→选择三角网文件（选择参数）→ 计算输出结果
3 低空无人机航测进行土方测量的优越性
3.1 监控区域受限制小
传统的大飞机航飞国家有规定和限制，如航高大于5000m，这样就不可避免的存在云层的影响，妨碍成图质量。另外还有一定的危险，在边境地区也存在边防的问题。而低空无人小飞机就很好的解决了这些问题。不受航高限制，成像质量、精度都远远高于大飞机航拍。
3.2 快速航测反应能力
低空无人机航测通常低空飞行，空域申请便利，受气候条件影响较小。对起降场地的要求限制较小，可通过一段较为平整的路面实现起降，对获取数据时的地理空域以及气象条件要求较低，能够解决人工探测无法达到的地区监测功能。升空准备时间短、操作简单、运输便利。
3.3 地表数据快速获取和建模能力
系统携带的数码相机、数字彩色航摄相机等设备可快速获取地表信息，获取超高分辨率数字影像和高精度定位数据，生成DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据，便于进行各类环境下应用系统的开发和应用。
3.4 突出的时效性和性价比
低空无人机航测机动灵活，工作组可随时出发，随时拍摄，相比卫星和有人机测绘，可做到短时间内快速完成，及时提供用户所需成果，且价格具有相当的优势。相比人工测绘，低空无人机航测的作业效率之高必将成为今后小范围测绘的发展趋势。
4结束语
低空无人机航测有很多突出的特点，相比传统的测绘工艺，其不仅在土方测量方面有很多的优越性，在其它小面积工程测量运用方面也有独特的地方，值得我们共同深入学习探讨。
参考文献
[1]李红林，基于无人机航摄平台的应用研究[J]，测绘与地理空间信息，2013.
[2]张祖勋等，数字摄影测量学[M]，武汉测绘科技大学出版社，1997.
[3]李征航等，GPS测量与数据处理，武汉大学出版社，2005.
[4]王聪华，无人飞行器低空遥感影像数据处理方法[J]，中国优秀硕士论文， 2006.
[5]南方CASS8.0成图软件帮助文档及相关文件，2010.
论文作者:莫永坚
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/13
标签：土方论文; 无人机论文; 低空论文; 测量论文; 高程论文; 数据论文; 作业论文; 《基层建设》2017年第22期论文;