无人机测绘技术在山地别墅中的应用

无人机测绘技术在山地别墅中的应用

何雨海

中铁二局第四工程有限公司四川省成都市610306

摘要：无人机测绘技术具有操作智能化、地面分辨率高、测绘成本低的特点，本文详细介绍了式无人机测绘技术及在山地别墅项目的实际应用效果，并提出了无人机测绘应用的改进方向。

关键词：无人机；地形测绘；施工应用

1、山地别墅项目特点

山地别墅项目往往具有单体楼栋多、占地面积广、植被茂密、地势起伏大、施工管理难度大、测量放线困难等特点。在地形陡峭突变处，人员及机械设备往往无法通过，给测量及施工管理工作造成了不小的阻碍，尤其是场地测量工作，若采用传统的全站仪或RTK测量，耗时较长，占地1km²的场地，需耗时1周以上的时间，不能满足现场的施工管理需求。

2、无人机测绘技术在山地别墅项目中的应用

针对山地别墅的特点，项目采用了无人机测绘技术，主要应用有以下几点：

⑴利用无人机快速进行地形测绘及输出成果应用

⑵无人机在施工生产中的应用

⑶无人机在总平面规划中的应用

3、无人机测绘技术的设备及软硬件

市场上无人机丰富的产品线为地形测绘应用提供了诸多选择。结合场地实际情况，经过对各类无人机进行性能比选，项目决定采用精灵4Pro小型一体机进行地形测绘，无人机售价约1.3万元，并配置1台工作站进行飞行数据处理（费用约1.6万元），飞行控制软件采用DJIGO4及Altizure，飞行数据处理软件为Photoscan或Pix4DmapperPro。

4、无人机进行测绘的方法

4.1无人机测绘流程

4.2测区踏勘、搜集资料

无人机测绘前需要对测区进行现场踏勘、搜集相关资料，包括以下几个方面：

⑴测量地区的高度、气象条件、测区的最大风力等级，是否符合无人机的性能指标，雨雪天气无人机禁止飞行。

⑵测区的周边障碍物高度的确定，如高压电线、电杆、信号塔、风力发电机、路灯、树等可能会对无人机飞行造成阻碍，严重时可能导致坠机。

⑶飞行前应了解在测区进行无人机的飞行是否符合当地政策法规，是否处于机场的净空保护区范围，是否处于禁止拍摄的军事敏感地区，飞行区域是否处于人流密集区的上空等。

4.3控制点布设

无人机坐标系统与地方城建系统需要进行转换，在地方城建坐标系的转换关系未知的情况下，可在现场布设若干控制点，在软件中即可进行转换。

4.4航线规划及飞行

飞行前建议使用Altizure软件进行飞行航线规划，该软件适用面广，对DJI的无人机兼容性较好，路线设置较为容易，该软件可实现全自动飞行测绘。

在相机参数一定的情况下，无人机飞行高度越低，地面精度越高，飞行时间越长，模型重建的结果就更加细致。反之，无人机飞的越高采集的区域越大，飞行时间越短、建模效果越差。

以精灵4pro无人机为例，在飞行高度为110m时，分辨率精度可达到3cm，可满足地形测绘的精度要求，该无人机的单次飞行时间可达22分钟，单次飞行可以覆盖0.15km²以上的面积，根据场地大小，合理规划飞行计划。

4.5测绘数据内业处理

⑴软硬件选择

无人机测绘的内业数据处理软件较多，建议采用Pix4Dmapper软件进行内业处理，该软件对计算机的硬件要求相对适中，根据官方推荐，需配置图形工作站一台。

⑵数据处理流程

⑶原始资料准备

原始资料包括无人机影像数据、POS数据以及控制点数据，Pix4Dmapper会自动把这些信息从照片中提取，无需人工干预。

⑷建立工程并导入数据

使用新建工程并导入无人机测绘的照片数据，软件可自动识别照片的经纬度及坐标系（WGS84）及无人机机载相机参数。

⑸选择输出坐标系

设置需要输出数据的坐标系，如需使用地方城建坐标系时，选择任意坐标系，软件可根据控制点进行相应计算。

⑹控制点管理

导入控制点：可在软件中导入TXT格式的控制点文本，或手动输入控制点信息。

导入控制点后，需要在照片中逐一将控制点标记出。

⑺输出测绘成果

经过软件处理计算后，可输出三维点云、DSM、正射影像镶嵌图图、等高线、PDF场地三维模型等多种成果。为场地模型的深度应用提供提供支撑。

①三维点云

从重叠图像导出的三维点云可以给出重建对象的精确位置。生成的点云格式为：LAZ、LAS、PLZ、XYZ文件。

②数字表面模型（DSM）

数字模型为您提供每个像素的高程值，为接下来的GIS工作流程做准备。生成的方格数字表面模型格式为：LAZ、LAS、XYZ文件。

③正射影像镶嵌图

生成高分辨率地图，其原始图像的每个像素被正确地投影到数字表面模型上，具有精确的地理定位，不会造成透视变形。生成的镶嵌图格式为TIFF格式。

④等高线

生成地形的简化表示，封闭的轮廓线表示高程。等高距可手动调整，默认为5m，生成格式为：SHP、PDF及DXF。

4.6测绘成果的应用

⑴输出成果中的方格数字表面模型（DSM），可根据实际要求，生成TXT格式的方格网数据，可导入南方Cass进行处理，生成土方方格网数据。

⑵Pix4D无人机数据处理软件提供了土方挖填量计算、任意点的坐标和高程的查看与计算简单的测量功能（任一点的距离、高程、高差、面积、堆体体积等）

⑶输出成果中的点云数据，可导入Autocad、Revit、3Dcivil等软件，快速生成的场地的BIM模型，作为场地三维布置的基础。

5、无人机在施工生产中的应用

无人机测绘生成的场地正射影像镶嵌图便于进行施工监测，由于无人机采用了“上帝视角”，让施工管理人员对施工现场有了全局视角，便于施工生产的管理。每月对施工现场进行一次全局测绘，动态的反应了场地的施工进度情况。

6、无人机在总平面规划中的应用

⑴利用场地等高线图或场地三维模型进行总平面布置、总平面竖向优化等工作。

⑵将正射影像镶嵌图与总平面布置图相结合，对场内障碍物规避、临时道路规划有较大帮助。

7、结论与改进方向

通过实践探索，证明了无人机在山地别墅中的应用是切实可行的，在地形测绘、总平面规划及施工生产方面具有较大使用价值，比较适合在中小区域实施（场地面积小于1km²），在地方法规允许的情况下，可在类似项目进行推广。

与此同时，旋翼式无人机地形测绘在以下方面还具有较大的改进空间。

⑴在有条件的情况下，可采用专业级无人机进行实际应用，专业级无人机多为六旋翼或八旋翼设计，具有良好的安全冗余设。消费级无人机在飞行性能（飞行高度、速度、续航）方面距离专业级无人机仍有较大差距，尤其是在抗风、防水性能方面，更是不可同日而语。

⑵在植被茂密的项目，可采用轻型激光雷达挂载在无人机上，降低植被对测量结果的影响。也可在植被清理完成后再进行地形测绘。

参考文献：

[1]中国国家标准化管理委员会．数字航空摄影测量空中三角测量规范：GB/T23236—2009．北京：中国标准出版社，2009．

[2]国家测绘地理信息局．低空数字航空摄影规范：CH/Z3005—2010［S］．北京：中国标准出版社，2010．

作者简介：何雨海（1986-02-19），男，汉族，籍贯：四川省南部县，当前职务：项目经理，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：施工技术