孟天昌
泛华建设集团有限公司南京设计分公司江苏省南京市 210000
摘要：随着我国城市化建设进程的不断推进，我国市政道路建设质量在不断提高，市政道路建设总长度也在不断增加，为城市交通运行提供充足的便利条件。在市政道路建设过程中，土石方开挖是其建设基础，但是为了确保土石方开挖设计准确性，必须采用科学的测量技术，其中低空无人机摄影技术具有良好的效果，能够全面提高测量效率和测量准确性。因此，本文将对低空无人机摄影测量在市政道路土石方量测量中的应用进行深入地研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步促进我国市政道路建设质量提高。
关键词：低空无人机摄影技术；市政道路；土石方测量；具体应用；优化措施
在我国市政道路建设过程中，土石方量测量是一项重要的工作，是保证土石方开挖准确性的关键因素，传统的土石方量测量主要采用全站仪测量方法和GPS测量方法，虽然测量操作较为简单，但是对于作业环境要求较高，尤其是在大范围、通视条件较差的作业环境中，综合测量准确性较差。低空无人机摄影测量作为近些年来测绘行业新的技术手段，在市政道路土石方量测量具有良好的应用效果，受到作业环境的影响较小，能够在多种复杂环境下获得准确的土石方量测量结果。
1低空无人机摄影测量构成和特点分析
1.1低空无人机摄影构成分析
当前，低空无人机摄影所采用的无人机类型主要可以分为固定翼无人机和旋翼无人机两种类型，本文重点分析旋翼无人机。旋翼无人机的系统主要由飞行模块、航拍模块和地面控制模块构成。飞行模块中包括GPS、导航仪、IMU和动力系统；航拍摄像模块主要通过摄影技术进行遥感数据收集，能够自动获取地面信息；地面控制模块系统主要是通过相应的配套软件对航拍路线进行规划和调整[1]。
1.2低空无人机摄影测量技术特点分析
低空无人机摄影测量技术具有如下几项优势：（1）无人机的承载能力较高，能够有效承载地面测量系统中的多项机电设备，例如信号接收机、天线设备以及其他多种设备，承载能力较高的特性使得其所搭载的系统更加完善，能够为地面测量工作提供更加有力的支持。（2）低空无人机摄影测量技术成本较低，传统的测绘技术需要开展大量外业工作，花费较多的资源和人力成本，而通过采用低空无人机摄影测量技术，能够有效降低各项成本投入。（3）低空无人机摄影测量地面分辨力较高，与卫星遥感技术相比较，无人机所获取的航拍摄影图像分辨率更高，现势性更强，受作业环境影响较小，精度可以达到厘米级别。（4）低空无人机摄影测量技术灵活性较高，能够根据实际测量需求，对工作模式进行实时调整，从而能够提高测量工作效率[2]。
2低空无人机摄影测量在市政道路土石方量测量中的具体应用
2.1 DTM土石方量计算应用分析
应用DTM模型对土石方量进行计算，将低空无人机摄影测量所获取的被测量区域坐标信息与设计高程结合，能够建立被测量区域内多个不规则的三角网，通过计算每个三棱锥的体积就能够得到小范围土石方挖掘和回填量，通过累计计算既可以得到市政道路整体土石方的开挖量和回填量，且能够根据形成的坐标体系绘制精准的开挖边界图，较为常用的土石方量计算方法有全填全挖法和半填半挖法，针对市政道路土石方量具体计算要求，选择合适的计算方式[3]。
2.2低空无人机测量技术具体应用流程
倾斜摄影测量主要通过多视角采集影响的方式，采用传感器收集和记录数据，结合控制点的基本信息，能够完成正射影响、数字表面模型等输出工作。采用低空无人机测量技术对市政道路土石方量进行测量，主要分为外业高程测量和内业土石方量计算两个流程阶段。在外业高程测量阶段，应用GPS—RTK技术能够顾直接测量控制点位，并采用不同颜色对相控点进行标记处理，控制点位的数据与无人机所获取的点云数据能够完成定向处理，之后将点云数据转化为地面坐标系，即可确定外业高程。在被测量区域需要设置若干个靶向点位，并采用全站仪对靶向点位高程进行测量，将得到的测量结果数据与点云坐标数据进行对比，即可验证点云坐标数据准确性。在内业土石方量计算中，将点云坐标数据导入到计算软件中，能够取代传统的测量坐标数据，从而完成准确的土石方量测算。根据实践应用表明，其主要应用技术流程为：1.设置像控点。2.低空无人机摄影。3. 绝对定向。4.生成点云数据。5.检验点云数据准确性。6.应用软件计算土石方量。
除此之外，为了检验低空无人机摄影测量所获取市政道路土石方量结果准确性，需要在一定区域范围内，利用碎步测量方法获取实测点位的三维坐标，并计算实际土石方量，与低空无人机摄影技术所计算的土石方量进行对比，即可完成检验。
2.3 外业注意事项
当利用普通相机进行低空摄影时，为了获取清晰的像片，就需要考虑到光圈、焦距问题，同时还要考虑飞行姿态的稳定性，所以无人机低空摄影测量时要注意以下几点：
1、当使用变焦镜头进行拍摄时，要利用物理手段固定光圈调节环，防止飞
行中焦距发生变化，比如说可以利用胶带将手动可变焦距固定住。
2、照片拍摄时要选择小光圈以加深景深。
3、为了提高照片拍摄的稳定性，必要时可在飞机上安装减震设备。
4、为了减小相片的像移量，要适当减慢飞行速度，提高曝光速度。
5、整个影像获取过程需要采用固定的焦距，注意不能使用数码变焦相机，同时要避免使用超广角镜头和鱼眼镜头，尽量减小照片的畸变效应。
6、利用低空摄影测量方法进行三维建模相对于传统摄影测量，其纹理清晰、制作周期短、生产过程无需大量人工参与，数据时效性高，能直观的反应地物的属性，但仍然存在部分缺陷，主要体现在以下几个方面：在测区内有高建筑物或高地物时，因为建筑物遮挡，在拍摄时会有盲区产生而无影像信息，使得影像无法进行匹配而造成遮挡部分变形较大，影响成果质量。在遇到水面、光滑墙体、玻璃等光滑表面时，由于其表面缺少纹理特征，使得无法匹配特征点而产生模型漏洞，所以在生成三维模型以后还需进行后期处理，比如说可将地面三维激光扫描数据与倾斜摄影数据相融合，修补与完善三维模型，获取更高精度的成果。
3低空无人机摄影测量技术实际工程应用案例分析
2019年H市某市政道路建设中，市政道路建设线路穿过梯田、山坡以及房屋建筑，整体建设环境较为复杂，经过技术人员的分析，采用传统测量方式难度较高，无法保证测量结果准确性，结合市政道路实际情况，决定采用低空无人机摄影测量技术。
3.1外业数据采集应用
在本次市政道路土石方量测量工作中，共计设置15个平高点，能够保证测量精确度，根据相关标准文件，按照1:500地形航测标准要求设施无人机飞行航线，通过计算确定无人机飞行高度为135m，航向重叠度设计为70%。旁向重叠度设计为65%。无人机搭载一台2400万像素镜头，根据航测规划开展数据采集工作。作业流程如下图：
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3.2成果准确性验证
为了保证点云坐标数据准确性，在本次测量成果检验过程中选择通过全站仪测量高程格网跟点云数据进行比对。根据实际测量情况，选择10个测量点位作为标准靶向检查点，将全站仪所采集的标准靶向点位与点云数据进行对比，部分测量结果如下表所示。
表1：全站仪测量结果与点云数据对比
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根据上述表格数据可以看出，全站仪测量结果与点云数据结果所测量的高程坐标误差在规定范围之内，不会影响本次市政道路工程土石方量计算结果准确性，说明通过低空无人机摄影技术所获取的点云数据坐标具有较高的准确性。
3.3土石方量计算中的应用
将获取的点云数据与全站仪数据分别导入计算软件中，并与设计面的DTM进行叠加对比处理，采用5m方格对每个区域的土石方开挖和回填体积进行计算，之后将计算结果累计叠加，从而能够得到本次市政道路工程整体土石方开挖和回填量。采用低空无人机摄影技术的土石方开挖测量计算结果为52364.5m3，全站仪实测土石方回填测量计算结果为52322.7m3，差值为42m3。通过对比可以发现，无人机低空摄影测量技术所计算的土石方量结果较为准确，差值率低于0.008%，得到的结果对实际影响较小。
结束语
综上所述，近些年来，随着我国市政道路建设规模不断增加，通过无人机自动飞行采集目标区域高分辨率的影像数据，利用影像建模技术对目标区域进行高程数据的提取分析，弥补传统的测绘技术在土石方量中的应用局限性，可以很大的提高测量结果准确性，更好的为土地平整规划、土方工程量计算提供服务。
参考文献
[1]冯增文、李珂、李梓豪、任传斌. 低空无人机的倾斜摄影测量技术在城市轨道交通建设中的应用[J]. 测绘通报, 2020, 522(09):45-48.
[2]刘兆慧, 廖东军, 丁吉峰,等. 无人机倾斜摄影测量在土石方量算中的应用[J]. 测绘与空间地理信息, 2019, 042(009):189-190,194.
[3]王纯, 吴钰. 无人机低空摄影测量在城市测绘中的运用探讨[J]. 居舍, 2020(07):170-170+196.