無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在大型煤氣化項目規(guī)劃 測量中的應(yīng)用探討

張 眾

（福州市勘測院有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

為持續(xù)深入探索“放管服”精神要旨，福建省正在積極推進(jìn)工程建設(shè)項目行政審批服務(wù)“多測合一”改革。江陰工業(yè)集中區(qū)作為福清市“多測合一”的試點(diǎn)區(qū)，其“多測合一”工作的探索及經(jīng)驗(yàn)顯得尤為重要。本項目的生產(chǎn)過程是“多測合一”政策的一次完整的應(yīng)用，為后續(xù)江陰工業(yè)集中區(qū)乃至福清市的“多測合一”工作提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

福建省?；斐綒怏w有限公司位于福州市福清市江陰工業(yè)集中區(qū)福能（江陰）化學(xué)園內(nèi)，從事大型煤氣化項目投資開發(fā)和建設(shè)。還配套建設(shè)大型空分裝置，可為園區(qū)內(nèi)其他項目提供氮?dú)狻⒀鯕?、壓縮空氣和儀表空氣等其他產(chǎn)品，推動園區(qū)化工新材料產(chǎn)業(yè)集聚，為福州新區(qū)開發(fā)提供堅實(shí)的基礎(chǔ)。項目總體規(guī)模達(dá)666畝，總建筑面積為14萬平方米。

1 傾斜攝影測量

1.1 測區(qū)分析

收集起算點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可供利用的各種比例地形圖資料[1]，劃定測區(qū)范圍導(dǎo)入地面站或遙控器，根據(jù)底圖影像對測區(qū)范圍進(jìn)行分析，分析要點(diǎn)主要包括以下內(nèi)容。

（1）測區(qū)的空域條件，是否在禁飛區(qū)內(nèi)。

（2）測區(qū)內(nèi)是否有部隊駐地或其他信號干擾源。

（3）測區(qū)地形高差情況，是否需要分不同航高執(zhí)行。

（4）測區(qū)范圍內(nèi)有無超過航高的高樓、高壓電塔、橫穿高壓線等。

（5）分析測區(qū)形狀，選擇合適的無人機(jī)系統(tǒng)。

1.2 航線設(shè)計

本項目作業(yè)區(qū)域面積大，因此選擇固定翼無人機(jī)或復(fù)合翼無人機(jī)；項目精度要求高，因此選擇長焦距鏡頭。

將航攝范圍轉(zhuǎn)換為WGS84坐標(biāo)系，導(dǎo)入地面站系統(tǒng)，根據(jù)項目要求選擇航線設(shè)計方式，再設(shè)置影像分辨率、航向重疊度、旁向重疊度，由地面站自主設(shè)計航線。在航線設(shè)計過程中，需要對以下幾項內(nèi)容進(jìn)行檢查。

（1）基本要求。無人機(jī)飛行高度和總航程是影響飛行安全的重要指標(biāo)，技術(shù)設(shè)計應(yīng)符合以下要求：一是攝區(qū)內(nèi)的地形高差應(yīng)限定在1/4相對航高之內(nèi)；二是設(shè)計航線總航程應(yīng)小于無人機(jī)能到達(dá)的最遠(yuǎn)航程。

（2）航線敷設(shè)原則。一是建筑物低矮、稀疏區(qū)域按常規(guī)方式敷設(shè)；二是遇到較高建筑，房屋密集區(qū)域應(yīng)考慮交叉敷設(shè)和增加旁向、航向重疊的方法。

（3）航高保持。實(shí)際航高與設(shè)計航高之差應(yīng)小于50 m，最大航高與最小航高之差應(yīng)小于50 m，同一航線上相鄰像片的航高差應(yīng)小于30 m。

（4）航攝時間選擇。一是航攝時，不但需要避免過大的陰影，同時要有良好的光照條件。攝區(qū)太陽高度角≥40°，陰影倍數(shù)≤1.2；二是高層建筑物密集的市區(qū)應(yīng)在當(dāng)?shù)卣缜昂? h內(nèi)攝影。

（5）漏洞補(bǔ)攝。航攝中出現(xiàn)的航攝漏洞均應(yīng)及時補(bǔ)攝，應(yīng)采用相同的數(shù)碼相機(jī)在相同的氣象條件下補(bǔ)攝，補(bǔ)攝航線的兩側(cè)應(yīng)超出漏洞之外兩條基線[2]。

1.3 現(xiàn)場踏勘

實(shí)地踏勘時，對于較大的測區(qū)，應(yīng)攜帶手持或車載GPS設(shè)備，記錄起降場地和重要目標(biāo)的坐標(biāo)位置，結(jié)合已有的地圖或影像資料，計算起降場地的高程，確定相對于起降場地的航攝飛行高度。起降場地應(yīng)滿足以下要求。

（1）距離軍用、商用機(jī)場須在10 km以上。

（2）起降場地通視效果好、地勢平坦。

（3）避開人口集中區(qū)域，距離起降點(diǎn)120 m區(qū)域內(nèi)不能有重要設(shè)施、高壓線、高大建筑物等。

（4）起降場地地面應(yīng)無明顯凸起的巖石塊、土坎、樹樁，也無水塘、大溝渠等。

（5）應(yīng)避開附近正在使用的無線通信、雷達(dá)站、微波中繼等干擾源。

（6）觀察現(xiàn)場風(fēng)力大小，風(fēng)力過大情況下不建議起飛。

1.4 像控測量

1：500地形圖像控點(diǎn)布設(shè)。根據(jù)測區(qū)形狀布設(shè)像控點(diǎn)，一般在測區(qū)邊緣角點(diǎn)布設(shè)像控點(diǎn)，內(nèi)部按實(shí)地500 m左右方格網(wǎng)布設(shè)像控點(diǎn)。地形起伏較大的區(qū)域適當(dāng)加密到400 m。飛機(jī)如果自帶RTK或者PPK，測區(qū)邊緣角點(diǎn)需要布設(shè)像控點(diǎn)，內(nèi)部布設(shè)1～2個像控點(diǎn)。

1.5 航空攝影

完成了航線設(shè)計后，進(jìn)行無人機(jī)組裝，并進(jìn)行檢查，檢查項包括以下內(nèi)容。

（1）無人機(jī)機(jī)身組裝是否正確，如螺旋槳是否正確安裝等。

（2）相機(jī)鏡頭是否打開，相機(jī)連接是否正常。（3）存儲卡是否安裝。

（4）網(wǎng)絡(luò)是否連接正常，如網(wǎng)絡(luò)RTK是否連接正常等。

（5）電池電量是否足夠等。

在全部檢查項正常情況下，接通電源，再次檢查航線設(shè)計情況，設(shè)置相機(jī)參數(shù)，相機(jī)一般調(diào)成M檔進(jìn)行拍攝，根據(jù)不同天氣調(diào)節(jié)IOS和曝光時間，全部設(shè)置完成后執(zhí)行航空攝影任務(wù)。

1.6 內(nèi)業(yè)采集

利用生產(chǎn)獲得的三維模型成果，結(jié)合EPS三維測圖模塊完成地形要素的業(yè)內(nèi)采集、編輯、修改等操作。

1.7 補(bǔ)測調(diào)繪

若圖像數(shù)據(jù)不能完整反應(yīng)被測量物的整理情況，應(yīng)當(dāng)及時安排補(bǔ)飛[3]，對于小區(qū)域航內(nèi)數(shù)據(jù)遮擋、模糊不清、精度較差等部分，采用傳統(tǒng)外業(yè)調(diào)繪及補(bǔ)測方法完成變化部分地形地貌等要素的修補(bǔ)測。

2 傾斜攝影測量技術(shù)在規(guī)劃核實(shí)測量中的應(yīng)用探討

2.1 建筑高度測量

建筑物高度測量可采用三種丈量方法，即鋼尺直接測量、利用電子全站儀以懸高測量方式測定、手持測距儀直接丈量。同一建筑具有多個分層高度應(yīng)逐一測量，建筑高度計算規(guī)則一般以建筑主入口地坪為基準(zhǔn)開始起算[4]。

2.2 精度指標(biāo)

建筑物高度測量的精度要求：建筑物的高度測量至厘米，建筑物樓高測量的中誤差為±10 cm[5]。

2.3 建筑高度計算規(guī)定

（1）主入口室內(nèi)外高差Δh應(yīng)實(shí)地量取，在建筑高度計算示意圖中按實(shí)際表示。

（2）各建筑物均應(yīng)體現(xiàn)底層高度、自然層高度及其他特殊層的高度。

（3）工業(yè)廠房每層高度均應(yīng)體現(xiàn)；多層、高層建筑樓高圖中應(yīng)體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)層高度。

2.4 三維模型輔助樓高測量

內(nèi)業(yè)依據(jù)三維模型利用EPS三維模塊在建筑物主入口處分別采集室外高程點(diǎn)、室內(nèi)地坪高程點(diǎn)、屋面高程點(diǎn)、女兒墻處高程點(diǎn)，局部三維模型如圖1所示。

圖1 局部三維模型

利用公式求出室內(nèi)外高差、屋面高度和建筑高度。現(xiàn)場利用鋼尺、手持測距儀或全站儀對房屋高度實(shí)測，將實(shí)測樓高和三維模型計算樓高相對比，共對比建筑高度26個，樓高對比結(jié)果如表1所示。經(jīng)統(tǒng)計：模型數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)對比中誤差為0.044 m，模型數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)較差在0 m～0.1 m的數(shù)量為26個，模型數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)較差在0.1 m～0.2 m的數(shù)量為0個，較差大于0.2 m的數(shù)量為0。綜上分析：無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可用于輔助樓高測量，精度滿足規(guī)范要求，精度影響因子有待在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)一步摸索總結(jié)。

表1 樓高對比較差分布

3 傾斜攝影測量技術(shù)在房產(chǎn)測量中的應(yīng) 用探討

3.1 測量精度與指標(biāo)

量距應(yīng)使用經(jīng)檢定合格的鋼卷尺、玻璃纖維尺、手持式激光測距儀或全站式電子速測儀等能達(dá)到相應(yīng)精度的儀器和工具，距離以米為單位，取位至0.01 m；房屋邊長都應(yīng)重復(fù)量測兩次，其較差需滿足限差，取平均值作為最后量測的結(jié)果。多次測量邊長較差絕對值應(yīng)滿足：|△D|≤0.005D（D為實(shí)測值，小于10 m按10 m計）。

3.2 房屋邊長量測

本項目房屋邊長量測工作分為兩個小組，第一小組負(fù)責(zé)利用三維模型采集房屋輪廓并提取房屋邊長，如圖2所示。

圖2 局部地形圖

第二小組利用測距儀現(xiàn)場量測房屋邊長和房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)。將兩組量測房屋邊長數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，共對比邊長56個，房屋邊長對比如表2所示。經(jīng)統(tǒng)計：模型數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)對比中誤差為0.024 m，模型數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)較差在0 m～0.1 m的數(shù)量為56個，模型數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)較差在0.1 m～0.2 m的數(shù)量為0個，較差大于0.2 m的數(shù)量為0。綜上分析：無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可用于輔助房屋邊長測量，精度滿足規(guī)范要求，精度影響因子有待在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)一步摸索總結(jié)。

表2 房屋邊長對比較差分布

4 結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是一項非常有發(fā)展前景的技術(shù)且應(yīng)用日臻成熟[6]，與傳統(tǒng)測量方法相比，無人機(jī)在大型煤氣化項目規(guī)劃測量方面體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，該方法可快速準(zhǔn)確提取要素信息，不僅減輕了部分外業(yè)工作量，而且解決了大型煤氣化項目規(guī)劃測量的以下難點(diǎn)：一是本項目工程量大、工期緊；二是房屋量測需要多部門協(xié)調(diào)配合，廠區(qū)內(nèi)部管理嚴(yán)格，測量工作溝通困難；三是廠區(qū)內(nèi)構(gòu)筑物、管廊及廠房結(jié)構(gòu)繁雜，實(shí)測難度較大；四是廠區(qū)內(nèi)存在較多危險源，很多無法直接接觸。