無人機測量技術(shù)在建筑工程測量教學中的應(yīng)用分析

謝 桂 娟

(萬博科技職業(yè)學院，安徽 合肥 230031)

0 引言

工程測量不僅是建筑施工的先行軍，而且貫穿到工程項目從勘察規(guī)劃設(shè)計到運營維護的整個過程當中，因此建筑施工離不開測量技術(shù)的支持。目前高職院校建工相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中都將《建筑工程測量》課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課納入到了課程設(shè)置當中，學生需要掌握地形圖測繪、施工放樣及變形監(jiān)測等方面的知識和技能。

考慮到工程測量技術(shù)在日新月異地發(fā)展變化，從傳統(tǒng)的光學測量到電子測量，再發(fā)展到現(xiàn)在的3S技術(shù)和無人機測量，高職院校作為培養(yǎng)技術(shù)型應(yīng)用人才的基地，在其相關(guān)課程授課內(nèi)容的選擇上要不斷的根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的新發(fā)展進行調(diào)整，而無人機測量技術(shù)作為工程測量的新技術(shù)，越來越多地應(yīng)用到了建筑施工的各個階段，因此高職院校建工相關(guān)專業(yè)有必要在授課過程中增加無人機測量技術(shù)應(yīng)用的教學內(nèi)容，以便讓學生掌握和本專業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展前沿知識。

1 工程測量課程傳統(tǒng)教學內(nèi)容

工程測量作為建工相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其授課內(nèi)容主要包括水準測量(光學水準儀和電子水準儀的應(yīng)用)、角度測量(光學經(jīng)緯儀和電子全站儀的應(yīng)用)、距離測量(光電測距)、小區(qū)域控制測量(全站儀和GPS的應(yīng)用)、地形圖基本知識及測繪、施工測量、變形觀測和竣工測量幾大部分。雖然涵蓋的內(nèi)容比較完整，但是隨著測量技術(shù)的發(fā)展，教材所涉及到的有些測量技術(shù)和儀器已經(jīng)逐漸被淘汰，而目前的授課內(nèi)容除了在小區(qū)域控制測量章節(jié)中介紹了GPS測量技術(shù)外，其他章節(jié)都以介紹傳統(tǒng)的光學測量為主。雖然光學測量原理是其他相關(guān)理論知識建立的基礎(chǔ)，但是學生需要在掌握基本原理知識的基礎(chǔ)上，還有必要了解測量技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)新趨勢，掌握先進的現(xiàn)代測量技術(shù)和手段，這樣才能在實際工作中具有解決問題的能力。

2 無人機測量技術(shù)現(xiàn)狀

無人機測量技術(shù)是傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補充，而高效的無人機測量技術(shù)的應(yīng)用使我們的工作方法和方式都在逐步發(fā)生改變。無人機測量具有靈活機動性、高效迅速性、優(yōu)良的安全性、影像的高分辨率、系統(tǒng)成本和維護費用低、應(yīng)用范圍廣、生產(chǎn)周期等優(yōu)點。特別是隨著數(shù)碼相機技術(shù)的快速發(fā)展，基于無人機平臺的數(shù)字航攝技術(shù)已顯示出其獨特的優(yōu)勢，無人機與航空攝影測量相結(jié)合使得“無人機數(shù)字低空遙感”成為航空遙感領(lǐng)域的一個嶄新發(fā)展方向。無人機測量可廣泛應(yīng)用于國家重大工程建設(shè)、災(zāi)害應(yīng)急與處理、國土監(jiān)察、資源開發(fā)、新農(nóng)村和小城鎮(zhèn)建設(shè)等方面，尤其在基礎(chǔ)測繪、土地資源調(diào)查監(jiān)測、土地利用動態(tài)監(jiān)測、數(shù)字城市建設(shè)和應(yīng)急救災(zāi)測繪數(shù)據(jù)獲取等方面具有廣闊前景[1]。2015年天津港爆炸事件，無人機實現(xiàn)了對災(zāi)情現(xiàn)場的實時監(jiān)控。在無人機的測量方面，近年來低空遙感技術(shù)對1 000 m以下的低空進行了較為全面的探測，在低空下實現(xiàn)了靈活機動，特別是在對問題的處理上，準確度也大大地得到了提高，并積累了很多工程測量經(jīng)驗，對于提高無人機測量技術(shù)有著重要的指導(dǎo)性意義，可以顯著提高測量應(yīng)急服務(wù)保障水平，對數(shù)字化建設(shè)有著重要性地指導(dǎo)意義，社會的管理效能得到了快速地提高[2]。

3 無人機測量技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用列舉

無人機測量技術(shù)的發(fā)展也使工程建設(shè)各個階段的作業(yè)方法正發(fā)生著很大的變化，它能為工程前期規(guī)劃設(shè)計、工程施工、竣工驗收測量以及后期的運營維護提供高效的，實時的、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具體實施流程如圖1所示。

3.1 在勘察規(guī)劃階段中的應(yīng)用

任何工程都是從勘察規(guī)劃階段開始，在這個階段最重要的工作就是測繪最新的滿足比例尺要求的地形圖。目前測繪地形圖的主要作業(yè)方式是數(shù)字化測圖(Digital Surveying Mapping,簡稱DSM)，即先利用全站儀和GPS建立圖根控制網(wǎng)，然后主要以GPS-RTK動態(tài)測量技術(shù)進行碎步測量，在接收不到衛(wèi)星信號的局部測區(qū)利用全站儀進行補充測量手段進行野外數(shù)據(jù)的采集，室內(nèi)作業(yè)利用各種成圖軟件(如目前應(yīng)用最為廣泛的南方CASS)進行測量數(shù)據(jù)的展繪、編輯，從而生成符合相關(guān)標準要求的地形圖。和傳統(tǒng)的測繪方式比，這種技術(shù)具有采集速度快、自動化程度高、一定程度上減輕了作業(yè)人員的勞動強度等特點，但是如果現(xiàn)場出現(xiàn)一些極端地形如陡坡等，在作業(yè)人員則無法到達作業(yè)現(xiàn)場或者徒步測量存在安全隱患的情況下，這種作業(yè)方法就表現(xiàn)出了一定的局限性，如果采用無人機測量技術(shù)就可以解決以上問題。如圖2所示為某區(qū)域用無人機測量獲取的地形數(shù)據(jù)，利用軟件處理后即可得到該地區(qū)的最新地形圖。除此之外選擇無人機測繪技術(shù)測圖具有作業(yè)成本低、作業(yè)時間短、作業(yè)范圍廣、作業(yè)速度快、成果精度高等優(yōu)勢。在這項技術(shù)的支持下，項目建設(shè)者在規(guī)劃設(shè)計階段的相關(guān)分析準確性就能大大提高，從而能決策出更優(yōu)化的設(shè)計方案。

3.2 在施工階段的應(yīng)用

大部分工程施工都是從場地的平整開始，作為施工單位需要計算出具體的土方量進行土方平衡設(shè)計。雖然利用傳統(tǒng)的測量方法，如水準測量、三角高程測量、GPS工程測量均能以不同的精度完成此項作業(yè)，但是這些作業(yè)方式只能進行單點測量，數(shù)據(jù)采集速度慢，作業(yè)人員勞動強度高，成果多為平面二維形態(tài)，導(dǎo)致后期計算土方量工作效率低，且不能進行動態(tài)分析導(dǎo)致方案優(yōu)化困難，而無人機測量技術(shù)又能在土方量的測量中發(fā)揮重要的作用。首先利用無人機測量技術(shù)可以快速地獲取施工場地的地形數(shù)據(jù)，如圖3所示，然后由軟件全自動建立測區(qū)的三維數(shù)字地表模型，對影像數(shù)據(jù)利用像控點坐標進行解算進而獲取測區(qū)任意測點的實際坐標，最終計算具體的挖填土方量。這種作業(yè)方式極大地縮短了施工前準備工作的周期，也保證了工期目標的順利實現(xiàn)，從而有效地降低了施工造價。

3.3 在運行維護階段中的應(yīng)用

施工結(jié)束后工程通過竣工驗收后才能投入使用，在這個階段可以利用無人機測量技術(shù)完成竣工圖的測繪工作，原理和規(guī)劃設(shè)計階段的測圖一樣，通過無人機測量獲取工程項目的實時影像數(shù)據(jù)，利用軟件進行影響匹配、結(jié)合像控點坐標進行空三解析計算建立三維模型，最終得到需要的大比例尺地形圖。

3.4 在其他方面的應(yīng)用

在建筑工程領(lǐng)域，無人機測量技術(shù)和BIM技術(shù)的結(jié)合也給工程建設(shè)帶來了很大的變化。通過無人機測量技術(shù)獲取高精度的地形數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)當采集到的信息納入到數(shù)據(jù)庫，以便實現(xiàn)信息的可視化分析，進行各種相關(guān)的評估，從而保證工程項目相關(guān)人員做出及時而正確的決策。無人機測量技術(shù)除了在建筑工程領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛外，在城市更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查、土地確權(quán)、不動產(chǎn)登記、文物修護、礦山測繪等方面也發(fā)揮著越來越重要的作用。

4 結(jié)論

通過上述分析，可以看出無人機測量技術(shù)能為工程壽命周期的各個階段提供地形基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，和傳統(tǒng)的測量方法相比，從精度、速度、成本各方面都具有明顯的優(yōu)勢，因此在建筑工程領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用前景。作為培養(yǎng)建筑施工技術(shù)型人才的高職院校只有意識到這項技術(shù)給建筑施工作業(yè)方法帶來的影響，對學生的培養(yǎng)方案和授課計劃做相應(yīng)的調(diào)整，在《建筑工程測量》課程中實時地增加無人機測量技術(shù)教學內(nèi)容，讓學生了解和自己專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的科技前沿知識，掌握先進的操作技能，才能真正為社會培養(yǎng)綜合能力較高的復(fù)合型人才，縮短高職教育輸出和企業(yè)輸入要求的差距，從而提升建工相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)競爭力。