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——山东奥荣推出无人机航测和计算土石方工程量业务

通讯员  山东奥荣工程项目管理有限公司   邵 燕

无人机航测技术是一种新型的航空影像测量技术，伴随着当前无人机技术发展进一步加快，山东奥荣联合齐学科技，推出无人机机载数码相机进行三维模型计算土石方工程量的新业务，加快了无人机在工程建设领域应用的创新步伐。

土石方工程量的测量与计算在工程实际应用中非常广泛，是土木工程施工的基础，没有准确的测量与计算，就没有准确的工程造价预估，也就没有安全的施工环境，会导致不良的经济效益和社会效益。

无人机作为一种新型数据采集工具，具有空中操作和自动化优势，在工程建设领域的应用中具有“快速高效、体积小巧、操作简便、覆盖面广、功能面全”等特点，不仅提高效率，还可以节省人工、费用，并能辅助人工做一些高危险性工作，在工程建设领域中具有一定的优势。

“工欲善其事，必先利其器”，山东奥荣工程项目管理有限公司特购置了大疆经纬M210 RTK V2专业级无人机，联合齐学科技公司，利用先进的无人机影像平台，依靠大数据精准服务，实现产业创新。飞行平台采用智能控制平台，飞控距离延伸至8公里，同时保证了RTK等多个模块时间一致，数据精准可靠，同时，精密的加密技术让数据传输更安全，为重要信息安全提供保障，从而为客户提供全方位的精准服务。

一、土石方测量与计算的原理

土石方测量主要分为两种情况，一种是测量同一块土地开挖前后的挖方量的体积，另一种是测量同一块土地填充前后的填方量的体积，实际上就是计算土石方的体积。在测量与计算土石方时，不论是上述两种情况中的哪一种，都必须已知施工前（开挖前或回填前）的地面起伏情况，和施工后（开挖后或回填后）的地面起伏情况，只有这样才能计算两种地形的体积差，得到土石方的工程量，并计算工程造价，做出一份完整的预算表。

二、常用的土石方测量与计算的方法

1、 DTM法的土石方测量与计算。DTM 是 Digital terrain model 数字地面模型的简称，又称为三角网法，就是用数字来表达地形表面形态属性信息。常见的表示方法就是直角坐标系法，利用直角坐标系中的 x、y、z 来描述地表情况。例如，用 x 和 y 表示该坐标的位置信息，用z 表示该坐标的高度信息，这样做出来的模型就是数字高程模型 DEM（Digital Elevation model）。同理，z也可以表示坡度、温度、湿度等信息，做出不同的数字模型。DTM 法的土石方测量与计算主要适用于地面状态比较单一的情况，比如设计面为平面或者单一倾斜场的情况，因为这种方法在同一个坐标上，只有一个描述的参量。所以，对于地面状态复杂的野外观测，DTM法所需要的数据储存空间大，对数据的要求较高。

2、断面法的土石方测量与计算。断面法的土石方测量与计算的原理是以某一方向为基准，用一种特殊的测量工具测定垂直于这一方向的距离，得到断面数据，用断面的面积乘以该数据即可得到土石方的工程量。与方格网法不同的是，断面法是发带状工程用梯形分割，特点是有一组平行线，得到了一系列的柱状实体块。由于断面法需要确定一个固定的方向为基准，所以该方法适用于道路工程、桥梁工程、沟渠工程等狭长的长条状施工地形的土石方工程量测量与计算。

3、方格网法的土石方测量与计算。方格网法的土石方测量与计算的原理是通过读取高程点坐标数据文件来计算土石方的工程量，即利用一组边长为定制的正方形组成的一个方格网来划分整个施工地块来计算施工地块的面积，利用该方格网的四角坐标的高程值和平均的高程值之差，用积分的思维，累计每个方格内的挖土石方量或者填土石方量以得到挖方或者填方的总工程量。所以方格网法的土石方测量与计算主要适用于有高程点坐标数据的地形状态以平面、斜面、三角网为主的施工地形。方格网法有便于复查的优点，可以利用更新的高程值重新计算土石方的施工工程量。提高方格网法计算土石方工程量的精度方法之一就是对方格宽度进行设置，在高程值只差不变的情况下，方格宽度越小，方格的密度越大，数据越精确，土石方工程量的计算精度就越高。在计算机技术非常普及的今天，方格网的大小通常控制在十米乘十米，甚至更小的五米乘五米的范围内。

4、等高线法的土石方测量与计算。等高线法的土石方测量与计算一般适用于只有刀面矢量图的资料，而没有高程值的数据文件时。如果在建立数字地面模型时，有高程数据文件，一般选择 DTM 法。所以，等高线法在某种程度上可以说是 DTM 法的一个补充。等高线法的土石方测量与计算的原理是已知两条等高线所围成的面积，已知高程差，可以通过计算求出这两条等高线之间的土石方施工的工程量。运用等高线法进行土石方测量与计算时，应尽可能的选择大比例尺地形图，地形图的比例尺越大，施工工程量计算的结果越精确。

三、无人机技术基本原理

无人机即一种不载人的无人驾驶的飞行器。无人机技术，即通过系统程序设定或无线电遥控设备直接控制操纵的、可携带设备从而实现任务执行的一种先进技术。它的一般原理如图1所示，由飞行系统、地面控制系统和任务系统3个部分组成。

在地面控制系统中，根据不同的任务需求，由后勤控制系统经由飞行控制系统向飞行系统发送飞行指令，经由任务控制系统向任务系统发送反馈回后勤控制系统进行处理；飞行指令由任务系统下不同的任务目标决定，而任务指令则依托飞行系统的操作得以实现。

无人机航测土石方工程量，就是通过无人机携带云台相机，经由设置的飞行路径采集影像信息并反馈回地面控制系统，最后由后勤控制系统完成三维模型的合成（如图2）。

四、无人机航拍规划图

 航线设计。需要对测区的地理环境进行分析，对测区当中的大小形状进行判断，合理的进行航拍飞机规划以及准备工作，对风向大小、云系高度以及光照强度等相关参数进行判断，并结合相机的焦距分辨率要求及其相互的参数。

航线依照东西走向进行直线飞行，在特定条件下可以依照地形的走向、河流或者南北走向进行飞行。

航测。在航测规定的时间段内选择一些云雾相对较少、空气相对较好的时间段进行航测，依照地形条件合理地进行摄影时间的选择。

五、无人机内业处理

通过无人机照片采集后，再通过一系列的软件进行数据处理和模型生成。

在设定相应飞行高度，设置相关飞行及拍摄参数，包括飞行速度、航向拍摄重叠率、旁向拍摄重叠率、拍照间隔等，采用“S”型路线垂直俯拍和倾斜视角补拍后，最终将获取的上百张照片进行合成，保证了建成模型细度，能够较好地还原拍摄区域的真实场景，满足工作需求。

随着无人机三维影像技术的不断发展，无人机三维实景模型已经可以应用到工程施工过程中土石方工程量计算上，实现了土石方工程量计算的自动化。

依托专业化的研发团队，我们将继续研究无人机技术在工程建设领域的应用技术，包括工程施工过程中的变形监测，以及实现与BIM模型之间的智能识别，进而提高进度纠偏的工作效率。

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