无人机倾斜摄影测绘技术在某项目土石方算量中的应用.pdf
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1、第 15 卷 第 3 期2023 年 6 月Vol.15 No.3Jun.2023引言近年来,无人机倾斜摄影技术已在项目上得到广泛应用1,但是大部分用于实景建模的展示或者为各类 GIS 平台提供了基础模型,模型本身的坐标及高程等空间物理信息没有得到充分利用,其测绘方面的价值没有得到充分挖掘。传统土石方测绘方法有水准仪测量法、全站仪测量法和 GPS 测量法(GPS-RTK)2。对测绘人员的操作经验及水平要传统方法受场地影响大、作业效率低、具有一定危险性且人工成本高,在面对经济高速发展带来的重大基础设施建设项目土石方工程测绘及算量任务复杂多样,周期紧的局面亟待寻求一种高效、安全且经济的测量方法3。
2、无人机倾斜摄影测绘土石方测绘技术,通过无人机倾斜摄影外业数据采集和内业数据处理流程3,建立测区的数字三维地物倾斜实景模型,并将其导入到三维测图坐标采集软件4中进行坐标采集和处理得到数字地形图,最后将数字地形图导入地形地籍成图软件,对不同涉及高程的区域进行边界绘制和高程计算,完成土石方量的计算。无人机倾斜摄影测绘技术相对于传统 RTK 采集具有适用场景更丰富,作业效率更高,综合投入更低,计算精度更高,数据交互更加便捷等优点。本文以丽水秀山公园项目为依托,实施无人机倾斜摄影土石方测绘和算量全流程应用,航测地形数据满足 1:500 测绘精度,测绘成果及土石方算量成果满足验工需求。利用倾斜摄影测绘技术
3、高效准确计算土石方工程量,对类似工程具有很强的参考及推广价值,经济效益和社会效益显著。1 工程概况1.1 项目简介丽水秀山公园项目位于丽水市莲都区秀山路边三角地块,东侧为高速公路,西侧为在建桐岭路,南侧为枫岭街,项目含地下两层停车场,地上一层辅助用房,其他为园林景观建筑小品等公园景观。项目占地面积51 232m2,总建筑面积 59 050m2,其中地下停车场面积 57 956m2,绿化面积 35 870m2,基坑开挖深度 9.5m,地表85高程范围6673m。项目2021年10月即开工,2021 年底完成基坑开挖。项目效果图如图 1 所示。1.2 测绘重难点分析项目组接到测绘任务后,经过分析,
4、本项目的测绘重难点主要有以下四个方面:(1)项目为地产的市政配套项目,且地产主体工无人机倾斜摄影测绘技术在某项目土石方算量中的应用占游云占游云1 1 崔旭旺 崔旭旺2 2 严心军 严心军1 1 张红勇 张红勇3 3 鲍大鑫 鲍大鑫1 1(1.中铁建工集团有限公司建筑工程研究院,北京 100160;2.中国建筑业协会,北京 100044;3.中铁云网信息科技有限公司,北京 100036)【摘 要】【摘 要】本文以研究无人机倾斜摄影测绘在土石方工程算量中的应用为目的,以丽水秀山公园基坑开挖阶段的土石方算量为研究对象,系统阐述了无人机倾斜摄影测绘技术在土石方算量中的应用实践及内外业关键流程。通过倾斜
5、摄影测绘技术结合方格网土方算量方法快速高效完成了本项目的土石方算量,为相应的验工提供了准确的参考和依据,同时为类似项目的土石方算量提供了新思路和解决方案,具有创新意义。【关键词】【关键词】无人机;倾斜摄影;测绘;土石方算量【中图分类号】【中图分类号】TU17 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1674-7461(2023)03-0108-06【DOI】【DOI】10.16670/11-5823/tu.2023.03.19【基金项目】中国中铁股份有限公司科研课题“建筑智能建造技术-A”(2021 年重大课题)【第一作者】占游云(1987-),男,信息化工程师,主要研究方向:
6、无人机航测及 3D 扫描工程应用,BIM 技术。【通信作者】严心军(1983-),男,正高级工程师,BIM 中心副主任,主要研究方向:BIM 技术、暖通空调施工技术与智能建造。109无人机倾斜摄影测绘技术在某项目土石方算量中的应用程已经完成,市政配套项目实施迫在眉睫,工期紧,场平和基坑开挖任务重,全面开展填挖方工作导致预留测绘时间短;图 1 项目效果图(2)项目地块整体呈现带圆弧的不规则三角形,测区范围内有小溪流、沼泽地,部分区域地面高差起伏较大、视野不通透,传统方式测绘难度大,精度误差大;(3)测区有输电塔等强磁干扰源,传统测绘仪器可能无法正常工作;(4)项目基坑开挖采取放坡开挖,二阶边坡存
7、在多种坡度,设计高程较多,土方算量场景较为复杂。2 无人机倾斜摄影测绘技术路线面对以上测绘重难点,如果基于传统测绘方式,测绘周期长、测绘难度大、测绘精度难以保证。为了在一周内完成测绘和土石方算量工作,项目组通过对多种方案分析比选,不断研究总结优化,将新技术无人机倾斜摄影测绘技术和传统方格网土石方算量方法进行融合创新,形成了如图 2 所示土方算量流程图。图 2 无人机倾斜摄影土方算量流程图3.无人机倾斜摄影测绘应用实践项目组于 2021 年 11 月 20 日 21 日完成本次航测外业,11 月 22 日 28 日完成内业处理和土石方算量成果整理和移交。项目测区范围如图 3 所示,项目场地倾斜摄
8、影模型如图 4 所示。本 项 目 航 测 采 用 大 疆 P4RTK 无 人 机 结 合 千寻 CORS 网 络 RTK 实 施 航 测,测 区 范 围 约 为440*400m,测区内均匀交错布置 12 个像控点,利用ContextCaptureCenter(以下简称 CCC)完成内业处理和倾斜模型建模和输出,CASS3D 完成倾斜模型高程点采集,CASS 10.1 进行高程处理,最后结合设计高程和设计边界进行方格网土方算量,计算得出项目各区块挖方 334 244.30m、填方 14 265.1m。方格网法土石方算量部分成果图纸截图如图 5(a)(c)所示,算量结果汇总如表 1 所示。图 3
9、项目测区范围 KML图 4 项目倾斜实景模型(a)基坑部分方格网土方算量图纸(b)基坑西北侧方格网土方算量图纸 110 (c)边坡 1 方格网土方算量图纸图 5 土石方算量图纸 表 1 土方算量结果汇总土方开挖算量汇总表(不含承台手算部分)区域设计开挖高程(m)坡度方格网大小(m)填方(m3)挖方(m3)基坑60.1无10*10m1 660.5283 043基坑西北侧60.1无10*10m2 839.720 064.6边坡 160.0-65.01:1.52.5*2.503 771.2边坡 265.0-69.51:1.52.5*2.502 120.5边坡 365.0-70.61:1.52.5*2
10、.502 162.5边坡 460.0-65.01:1.52.5*2.5010 385.2边坡 565.0-69.51:1.52.5*2.504 265.7边坡 660.0-64.01:22.5*2.56 4444 434.4边坡 764.0-68.01:22.5*2.53 090.91 564.9边坡中间平台165无1*102 066.5边坡中间平台264无1*1230365.8汇总14 265.1334 244.33.1 前期准备工作结合多个项目实践的经验和教训,项目组做了如下前期准备工作。(1)相关地形测绘的技术标准和规范,其中包含工程测量标准(GB 50026)、工程摄影测量规范(GB
11、50167)、倾斜数字航空摄影技术规程(GB/T 39610)、低空数字航空摄影规范(CH/Z 3005)、低空数字航空摄影测量内业规范(CH/Z 3003)、低空数字航空摄影测量外业规范(CH/Z 3004)以及 无人机航空摄影成果质量检查与验收(CH/T 1054)等;(2)整理相关施工图,收集基本技术要求,本工程高程系为“1985 国家高程基准”(设计标高 0.000相当于 1985 国家高程的 70.700m);坐标系为地方独立坐标系。项目基坑开挖设计高程为 60.100m,边坡坡度为 1:1.5 和 1:2,存在二阶放坡,边坡中间平台高程为 65.000m 和 64.000m;(3)
12、市政控制点引测:采用 RTK 将场外市政地方坐标系点引到场内;(4)人员组织:像控点标记人员 1 名,像控点测绘人员2名,无人机航测人员1名,内业处理人员1名;(5)主要设备:大疆 P4RTK 无人机一套、RTK一套、控制点放样板一张、自喷漆若干以及手机一部,如图 6 所示;(6)主要软件:CCC、CASS3D、AutoCAD2016、CASS 10.1、图新地球 4 以及 DJI Pilot,如图 7 所示。图 6 主要设备图 7 主要软件3.2 外业流程外业数据采集质量关系到模型精度,规范外业尤为关键,特别是像控点的布设,标记和采集。主要流程如下:(1)现场踏勘,无人机巡检,测区规划通过对
13、现场及其周边地形地貌进行现场踏勘,初步确认飞行边界、飞行高度、重叠度、返航点、像控点布置的大概位置等;通过无人机巡检,对航区内和周围的高大障碍物等有更明确的高度预判,结合无人机航飞高度理论计算公式(见公式 1)、地面分辨率规范要求5(如表 2 所示)和航线和旁向重叠度设置规范要求5(如表 3 所示),确定初步飞行高度、航向和旁向重叠度等;根据总平面图和踏勘巡检结果,考虑倾斜摄影特点,在图新地球中绘制出对应的超测区10%左右的航飞区域边界,导出对应的 KML 飞行范围文件。H=fGSD/(公式 1)式中:H 航摄高度,单位为 m;f 镜头焦距,单位为 mm;111无人机倾斜摄影测绘技术在某项目土
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