无人机在建筑施工前期规划中的应用

无人机在建筑施工前期规划中的应用

周涛 李亚龙 周杰 吕晓强 刘宇

中建八局第二建设有限公司  山东济南  250014

摘要： 无人机低空摄影测量的不断发展与普及，使其应用越来越广泛。近年来建筑行业从业人员减少，用工工资增加、材料费上涨，使得建筑行业利润逐渐下降。为了改变这种情况，需要结合使用新技术来降低用工数量，提高效率。本文着重介绍了DOM在建筑施工前期的应用，利用DOM进行前期勘测、施工场地道路规划及场地布置。

关键词： 无人机；DOM；道路规划；场地布置

Application of UAV in constructionprophase planning

Abstract:With the development and popularization of UAV low-altitude photogrammetry, its application is more and more extensive. In recent years, the number of employees in the construction industry has decreased, the wages of the construction industry have increased, and the cost of materials has risen, which has led to a gradual decline in the profits of the construction industry. In order to change this situation, a combination of new technologies is needed to reduce the number of employees and improve efficiency. This paper mainly introduces the application of DOM in the early stage of building construction, and makes use of DOM to carry out preliminary survey, road planning and site layout of construction site.

Keywords:UAV, DOM, road planning, site layout

一、 引言

随着无人机低空摄影测量技术的不断发展，为建筑施工测量提供了新的选择。无人机摄影测量的应用可以极大提高工作效率，降低成本，节约劳动力，提高效益。无人机新技术的应用不仅提高了效率，而且极大的避免了施工前期调查面临的危险性，及调查的不直观性。应用摄影测量的4D产品，可以应用于建筑施工前期的道路规划及场地布置，从全局的规划来选择最经济、合适的方案。

二、建筑施工前期所面临的困难

建筑施工前期勘探需要耗费大量的人力和物力。除了考虑到安全问题外，人工勘探成果也具有不全面、直观性差的特点，不利于规划人员利于勘探成果进行规划，也就造成成果可利用性低。考虑到无人机拍摄有影像清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点；还具有小型轻便、低噪节能、高效机动、轻型化、小型化、智能化、可选择视角的优点。与勘测人员实地勘测相比，无人机低空摄影测量具有拍摄有影像清晰、大比例尺、小面积的优点，也使得代替人工勘测成为了可能。

三、 应用无人机航测成图

3.1前期准备

3.1.1区域确定与资料准备

根据任务要求确定无人机测绘的作业区域，充分收集作业区域相关的地形图、影像资料或数据，了解作业区域地形地貌、气象条件以及起降场、重要设施等情况。并进行分析研究，确定作业区域的空域条件、设备对任务的适应性，制订详细的测绘作业实施方案。

3.1.2实地勘察和场地选取

作业人员需对作业区域或者作业区域周围进行实地勘察，采集地形地貌、植被周边机场、重要设施、城镇布局、道路交通、人口密度等信息，为起降场地的选取、航线规划以及应急预案制定等工作提供资料。 飞行起降地的选取应根据无人机的起降方式，考虑飞行场地宽度，起降场地风向，净空范围，通视情况等场地条件因素和起飞场地能见度、云高、风速，监测区能见度，监测区云高等气候条件因素以及电磁兼容环境（孙磊，2015）。

3.1.3航线规划

航线规划是针对任务性质和任务范围，综合考虑天气和地形等因素，规划如何实现任务要求的技术指标，实现基于安全飞行条件下的任务范围的最大覆盖及重点目标的密集覆盖。航线规划宜依据 1：5 万或更大比例尺地形图、影像图进行。

3.1.4飞行检查与作业实施

起飞之前，须仔细检查无人机系统设备的工作状态是否正常。作业实施过程主要包括起飞阶段操控、飞行模式切换、视距内飞行监控、视距外飞行监控、任务设备指令控制和降落阶段操控。

3.2像控点布设

像控点是解析空中三角测量的必要条件和测图基础，而像控点的选取会直接影响空三加密的精度，若像控点的位置选择不当，不仅会影响影像处理的精度而且给实地测量带来很大的麻烦。

各等级GPS点周围应视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过15°, 距离强发射源不小于200m，距离高压线不小于50m，避开强烈反射卫星信号的大型建筑物。

首先进行区域网的布设，在卫星图中进行选点，要保证像控点覆盖整个测区，并且布点均匀。采用单基站RTK测量，应进行两次观测，观测成果平面坐标较差应小于7cm，垂直坐标分量较差应小于7cm，超出时应分析原因并重测。作业完成后再联测该已知点或其它已知点，以保证成果可靠。像控点的标记应该明显，方便内业进行刺点。

像控点整饰：外业测量像控点时，需拍摄现场照片，一张近景，一张远景。所有像控点外业采集完成后制作电子版点之记，内容需包括点号、刺点者、检查者、点位略图、点位详图等，方便使用人员判读。

在像控点布设完毕后，通知无人机操作人员按设定航线进行飞行。

3.3正射影像图的制作

3.3.1空三加密

采用光束法区域网空三测量是最适合无人机影像处理的方法（赵翔，2015），其精度最高、最严密。利用光束法区域网空三测量，是以一般张像片所形成的一束光线作为基础，使用中心投影共线方程，通过每个光线束在空间的旋转和平移，将各模型的公共点的光线最理想的交会，并使整个区域最好的加入到已有的像控点坐标系中去。

3.3.2.过程DOM制作

本项目在DOM制作过程中需要制作DEM。

通过INPHO的MATCH-T模块匹配DEM，在DTMaster模块中采集特征线以及调点等方式修正DEM。

特征线主要采集高差大于0.8m的地形变化线；独立的建筑物，沿其周围画特征线，以此特征线内插来纠正网点高程。

对于湖泊、水库等水涯线闭合区域，进行强制置平；对于高架路、桥梁等高出地面的地物，把DEM修正到实际地面上；对有植被覆盖的山体，使格网点切准地表，当植被茂密而无法立体切准地表时，采取整体下降平均树高的方法处理，其边界处处理到使得地形平滑过度，直到所有DEM点都切准模型表面。

3.3.3 DOM制作

（1）原始影像颜色预处理

制作前对个别航线反差大、部分区域反光等摄影质量不够好的原始影像在Photoshop下面进行处理，使得单张原始影像色彩一致、反差适中。

（2）生成单模型DOM

根据已有的DEM自动生成单模型的DOM，并检查单模型的DOM是否变形、扭曲、重影、模糊，对于不理想区域对原因进行分析，反复修改直至生成合格的产品。

（3）DOM影像手工镶嵌

在INPHO软件下对单模型DOM进行拼接和生成拼接线，然后手工编辑拼接线，编辑拼接线时尽量沿线状地物选取，避免切割房屋、山体、路桥等重要地物。

对拼接后的DOM影像进行目视检查，看模型拼接处影像有无错位和色彩差异很大的情况，对于影像拼接错位，返回到绝对定向，检查控制点点位是否判错；对于影像色彩差异大，通过调整生成正射影像的像片再重新生成DOM影像，个别调整后仍不行的情况，对单模型影像进行色彩、亮度等再处理；对于局部有扭曲变形的区域用原始影像进行修补。

（4）DOM接边和调色，此过程使用MapMatrix的EPT模块进行处理。同图幅之间的拼接采用EPT中图幅接边手工选取镶嵌线的方式，图幅与图幅间独立象素的结合,保证接边过程中图幅DOM的完整和准确,保证图幅与图幅间的色彩平衡。

（5）制作正射影像图的过程中要注意以下几个方面的问题：

1)在建筑物密集区正射纠正时特别容易产生扭曲变形，因此一定要保证DEM数据取舍合理，确保实地平台的完整性，减少变形。

2)影像镶嵌时，要反复比较，剔除高大建筑物阴影所带来的地物损失。

3)地物密集地区走拼接线时，一定反复对照，消除不同航片上由于建筑物及高大树木的投影差而带来的影像叠置和地物丢失现象。

4)在影像图制作中要注意加强影像图的自查、互查及成图检查，特别要注意接边及图内影像的合理性检查。

四、利用DOM进行前期的勘探

DOM同时具有地图几何精度和影像特征，精度高、信息丰富、制作周期短。可以从中提取自然资源和社会经济发展信息，为公共设施建设规划等应用提供可靠依据。在建筑施工前期勘测中发展着巨大的作用。随着近年来施工行业从业人员短缺，造成用工成本大量增加，利用新技术减少用工数量、提高效率是建筑行业改革必须考虑的。无人机低空摄影测量技术的发展及普及使得建筑施工前期勘测有了新的选择。其成本低、制作周期短、信息更全面和直观，这些优点越来越受到人们的青睐。

五、 施工场地道路规划及场地布置

   项目施工过程中“三通”（路通、水通、电通）的规划和实施是一项系统工程，尤其是大型项目和超大型项目，能为工程进度的顺利进行提供有力保障。施工场地道路的规划及场地布置情况影响后期施工的便利性及成本核算，前期的道路规划应该一方面考虑利用原有道路以便节约建设成本，结合场地实际环境情况进行规划，施工道路尽量避开永久地下管线，并按永久道路要求进行规划和实施的原则，制定了先进行全局规划和实施，然后对局部区域进行重点规划和实施的策略。

   利用DOM信息丰富、直观性强的特点进行施工场地道路的规划及场地布置，结合周边总的规划，通过对周围环境及场地的全面分析，进行全局的规划。

结论

利用无人机低空摄影测量技术在减少建筑施工前期勘测人员数量，节约成本方面收效显著。利用DOM具有地图几何精度和影像特征，精度高、信息丰富、制作周期短的特征，进行施工场地前期勘测、道路规划及场地布置。可以大大降低前期勘测的费用，改善勘测人员的工作环境。利用摄影测量产品也可以方便后期的规划设计。通过探索无人机在建筑行业的应用，来不断改善员工的工作环境，提高工作效率方面有很大的发展空间。希望通过新技术的不断应用，使得建筑行业真正走向现代化、智能化。

参考文献

[1]徐胜利. 建筑施工领域中无人机的应用分析[J]. 山西建筑,2017,43(05):249-250.

[2]张海明.无人机遥感技术在土木工程中的应用现状[J].吉林建筑大学

作者简介：周涛（1995.04.08），男，硕士，助理工程师。