小型低空無人機航測技術在思南小屯巖危巖削方工程削方量測算中的應用

李 軍，李東明，賀太紅，陳 靜

（1.貴州省地質礦產勘查開發(fā)局114地質大隊，貴州 遵義 563000；2.貴州省地質環(huán)境監(jiān)測院，貴州 貴陽 550001）

1 工程概況

小屯巖崩塌地質災害防治工程位于貴州省思南縣境內，其主體工程為一處高約40m，寬約50m，均厚約5m，方量近10萬方的大型危巖體的削方清除工作，該危巖位于高陡斜坡區(qū)中上部，距坡腳居民區(qū)高差約200m，其所在陡坡為一坡度65°～90°的陡崖，見圖1。由于涉及人工削石方量較大，為嚴格把控施工經費，需對實際削方量進行測量。

圖1 思南小屯巖削方后現(xiàn)場狀況圖

2 測量方法的選取

針對該方量測量問題，擬采用的測量方法主要有以下四種，分別為：①手持RTK踏勘取點法；②免棱鏡全站儀遠程取點法；③激光掃描及三維重建法；④無人機傾斜攝影及三維重建測量法。各方法的優(yōu)缺點見表1。

表1 四種常用測量方法的優(yōu)缺點分析

由表1可知，小型低空無人機傾斜攝影三維重建法相對于其余三種方法具備明顯優(yōu)勢，更適用于此次測量任務，但需輔以免棱鏡全站儀遠程取點法進行精度控制，以取長補短，在安全高效的基礎上達到測量精度要求。

3 航測技術路線

該測量方法技術路線主要分為如下幾個步驟：

第1步：削方前要求施工單位完成擬削方區(qū)及其外圍一定范圍內植被剔除工作。

第2步：用免棱鏡全站儀在擬削方區(qū)外圍適當位置選取4個易定位地物特征點作為控制點，并在削方范圍內另選4個易定位地物特征點作為檢查點，以保證測量準度。采用在高清全景影像上描點的方法記錄各點位置信息。

第3步：采用手動飛行的方式，用小型多旋翼低空無人機對削方區(qū)及其外圍適當區(qū)域進行立面掃描式傾斜攝影，通過多角度覆蓋及局部手動加密的方式保證航測結果具有足夠的覆蓋面積及精度。此為削方前航測。

第4步：削方后航測，步驟與上述第2、3步類似。

第5步：將現(xiàn)場獲取的無人機航測影像、控制點、檢查點等資料輸入無人機航測影像處理軟件中，選取CGCS2000/3-degree Gauss-Kruger CM 108E作為模型空間參考坐標系，通過控制點約束及檢查點校準，分別生成削方前后滿足測量精度要求的三維實景曲面模型。

第6步：在EPS軟件中描繪出削方區(qū)范圍線，導出范圍線拐點坐標，并采用手動取點的方式提取削方范圍線內部及外圍適當位置的高程點，保持點間距在0.5m～2.5m之間，局部表面起伏明顯區(qū)適當加密取點，取點過程注意避開植被表面，盡量多選取植被間空隙區(qū)域。用此方法分別提取削方前后模型高程點，并導出高程點坐標。

第7步：在CAD制圖軟件中分別繪制削方前后高程點及削方范圍線。

第8步：將第7步中獲取的削方前后高程點dwg圖形文件導入EPS軟件中，分別生成削方前后三角網文件。

第9步：將第7步獲取的削方范圍線dwg文件及第8步中獲取的削方前后三角網文件先后導入三維測圖軟件，利用軟件自帶的削方算量工具，分別以削方前后三角網作為削方區(qū)上下表面，以削方范圍線作為測算范圍特征線，利用DTM方格網極限分割法，網格邊長設為2m，計算出實際削方量。

4 計算結果分析

經檢查點誤差分析可知，獲取的削方前后三維模型精準度均滿足相關規(guī)范要求，這兩個曲面圈閉區(qū)域的體積即為實際削方區(qū)域體積，而后通過在削方區(qū)范圍內通過方格網極限分割法計算出削方區(qū)范圍內的削方量，即為實際削方量，該方法基礎測量精準，計算理論扎實，計算結果直觀（見圖2），具備較強的說服力。

圖2 方格網極限分割法削方量計算結果示意圖

5 結論及展望

5.1 結論

（1）本文通過對比分析4種常用工程測量方法的優(yōu)缺點，總結出小型低空無人機傾斜攝影三維重建方法相對于傳統(tǒng)方法具有“無測量死角，無需搬運儀器，測量成本低，安全風險低，可室內取點，取點效率高，模型為彩色實景，地物輪廓可識別性高”等明顯優(yōu)勢，但需輔以免棱鏡全站儀遠程取點法進行精度控制，以取長補短，在安全高效的基礎上達到測量精度要求。

（2）本案例同一模型內既有削方區(qū)又有堆渣區(qū)，因此需準確圈定削方區(qū)范圍，僅計算削方區(qū)范圍內的體積減少量，才能過濾掉堆渣區(qū)對計算結果的影響。

（3）本案例在模型上選取高程點的方式為手動取點，該方法可通過精細操作有效避免植被的干擾，一定程度上達到人工去植被的效果。

（4）本案例利用小型低空無人機航測技術對小屯巖削方工程進行測量，測量成果經傳統(tǒng)方法驗證，滿足基礎測量精度要求，方量計算方法為常用的DTM方格網極限分割法，結合正射影像，測量結果直觀明了說服力強，說明該技術具備較高的工程應用價值。

5.2 展望

在危巖體削方工程中，削方區(qū)多呈陡崖底部有凹腔的負地形特征，采用傳統(tǒng)的基于大地坐標系的測算手段難以達到精度要求，尚需采用如坐標系轉換等其他手段對測量信息進行有效提取，具體技術路線還有待探索完善。