王立争 朱厚琪 牛宗磊

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁 沈阳 110000）

土石方量计算是工程项目核心环节之一。为了能合理安排项目进度，准确计算工程量并节约费用，通常需要高效、准确地计算土石方量。因此选择合适的测绘方法十分重要。

在二十世纪七八十年代，土石方的计算是有工程人员先在图纸上剖面数据，在米格纸上画好剖面图，然后再依照剖面图上计算的要求运用求积仪或者其他的一些方法在剖面图上求得面积，最后再计算出土石方量。但是这种工作程序相当繁琐，工作量大、精确度不高、消耗大量的时间。

随着如今计算机技术和测量仪器技的发展和完善，特别是基于AUTOCAD 二次开发的CASS、FASTIFT 等软件的出现，不仅大缩短了计算的时间，而且得出的结果更加客观、精确。土石方工程中测绘工作包含外业观测和内业的数据处理计算。计算机根据外业观测数据选取一种特定的方法计算土石方。

无人机PPK 技术是无人机数据采集完毕后对其记载的数据与基站观测的数据进行事后差分解算从而获取厘米级的精度。如果再利用坐标转换软件对解算后的数据进行坐标转换进而可得直接到地方坐标系的成果，工作效率大大提高。

以DJIPHANTOM4RTK 无人机PPK 套装为例，其体积小、重量轻，因此携带方便，能轻易进入人不宜进入的各种恶劣环境。在土木工程测量领域，以它自身优点应用广泛，在土石方计算中，它较传统水准仪、全站仪、GPS 等有独特的优势，人工的现场测量威胁生命安全，消耗人力、财力，受扰因素众多。

1 工作流程

DJI PHANTOM 4 RTK 无人机土石方计算主要分为外业和内业两部分。外业通过布设些许像控点及采集坐标、对无人机进行规划（也可在谷歌地图中确定测区范围，生成kml 文件）、Ubase 架设。内业通过无人机土石数据处理软件（PISHON E-view），导入外业数据，进行PPK 解算，得到POS 数据，第一次空三，刺像控点，第二次空三，建模，土石方计算。

2 数据采集

2.1 像控点布设及采集

像控点的密度和平面位置精度直接影响无人机PPK 技术工程土石方算量成果的挖填数据。因此，像控点布设要在整个测区均匀分布，选点要尽量选择固定、平整、清晰易识别、无阴影、无遮挡区域。像控点需选择较尖锐的标志物，尽量选择平坦的地方，避免树下、房角等容易遮挡的地方。像控点需要与周边的色彩形成鲜明的对比。像控点的布设还要考虑地形和精度的要求，如起伏大、地貌复杂，需增设像控点数量。采集像控点时可进行多次平滑采集，采集其CGCS2000坐标，用于影像位置的纠正和控制。像控点采集的精度直接影响土石方计算成果资料。

2.2 无人机的规划

在进行无人机的规划中，要注重重叠率的设置，若重叠率过低会导致空中三角测量失败；若重叠率过高会增加数据处理时间。飞行高度也会对建模成果造成影响，飞行高度若过高则会影响建模的清晰程度，飞行高度若过低则容易出现碰撞故障。故无人机规划飞行时，飞行高度一般在100-120米之间，航向重叠率不大于80%，采集方式采用正射，旁向重叠率不大于80%，飞行速度不大于6m/s。

3 数据处理

3.1 建模流程

首先进行后差分解算，运用PISHONE-view 软件进行外业数据处理，进行PPK 解算，得到POS 数据。PPK 解算完毕后，自动跳转空三建模界面，进行自动空三建模。模型建立成果后，通过已知范围进行土石方计算，得到土石方计算最终成果。

3.2 建模及土石方计算常见问题分析处理

三维实景模型建模软件PISHON E-view 在实际应用过程中，出现很多问题，影响建模。

3.2.1 GNS 读取失败

在建模生产过程中，GNS 读取失败如图1 所示。这种情形，非常影响建模时间，因为只有把数据全部导入之后才可发现，造成重复生产。

图1

针对此问题，若是在UBase 读取错误信息情况下出现，我们要在UBase 中进行正确修改，具体可见图2 对比。

图2

3.2.1.1 设置参数不正确

在进行手铺与UBase 连接时，差分接收数据链设置错误，无法正常采集正确信息，使得无人机飞行时，UBase 收集照片坐标不准确。

3.2.1.2 UBase 发生位置移动

无人机在空中飞行时，由于外界因素使UBase 产生了位置偏移，这样使UBase 收集坐标信息与空中无人机照片信息不匹配，使之产生错误。

3.2.2 导入像控点时的偏差过大

在导入像控点后，像控点坐标位置与实际测得像控点位置偏差过大，有时会偏移地面，使得建模产生变形。如图3 所示。导入像控点时的偏差过大的原因有采集像控点时坐标系统中参数设置错误、采集时仪器杆还没有居中就采集这两种原因。

图3

3.2.2.1 坐标系统参数设置错误

若发现手簿中坐标系统发生错误，要及时改正，重新测取坐标。常见坐标系错误有两种：一种为中央子午线设置错误，另一种能够为坐标系设置错误。

3.2.2.2 采集时仪器杆没有居中

针对此问题，要在采集时重点注意仪器杆水平气泡，保证气泡尽量集中。也可以采集平滑测量，进行人为错误产生的纠正。

3.2.3 刺点位置不精确

当像控点刺点不正确时，直接影响建模时的准确度，导致最终土石方量计算误差过大，影响工程的进一步进行，如图4 所示。

图4

3.2.3.1 像控点布设符合要求，像控点标志物尺寸应大于70cm，并且不易出现方向错误感，明显现实是标志物的哪一部分。

3.2.3.2 软件操作刺点过程中，准确找点位置，刺点照片数适量增加。

4 空三加密结果常见问题分析处理

4.1 地面不平

经过照片刺点以及两次空三之后，完成三维建模模块。模型的地面有时会凹凸不平，和实际情况有严重的偏差。如图5。

图5

试验对比分析证明，影响建模因素主要原因为像控点位置不够准确，还有硬件配置、空三、瓦片划分等因素。

（1）首先要检查刺点位置，力求精准。加密控制点刺点个数。

（2）采用瞰景Smart3D 实现了空三一遍过，空三只跑一遍大大减少了人力，以及减少了在空三上的工作时间。

（3）KML 范围建模时可使用KML 范围进行约束，KML约束较为边缘工整，无参差现象。在进行规划KML 范围时应减少延伸，延伸多会降低建模速度。

4.2 高程点密度不足

在进行解算土石方量中，要和工程中还未开发前的一期高程以及工程完事之后的二期高程进行计算，在计算时，非常容易出现高程点不足现象，导致无法进行土石方计算，如图6。

图6

针对高程点不足的问题，通常按以下三个方面进行修改（图7-8）。

图7

（1）一期高程不足。当在提取一期高程数据时过于稀疏，无法和二期高程进行解算，因此，要在提起一期高程点时尽可能间隔小，密度大。

（2）二期高程不足。当在提取二期高程数据时过于稀疏，无法和一期高程进行解算，因此，要在提起二期高程点时尽可能间隔小，密度大。

（3）提取一期、二期高程点时进行高程点加密。在陡峭地方、位置相差过大的地方，高程点数据自动提取过于稀疏，我们要进行高程点加密，以满足土石方量计算的进行。

图8

5 结论

在无人机PPK 土石方解算中运用数字化测量新技术可通过对工程场地全方位进行拍摄影像数据的采集，并能高精度、高效率获得相关数据，还能通过软件技术生成三维实景模型，真实客观的将地面地物以及地形变化反映出来。

在实际应用过程中，在进行外业数据采集时应特别注意相片重叠度不宜过低，同时也应注意像控点精度不宜过差，若没有注意这些问题会给内业带来一些不必要的麻烦，外业也需要进行补飞或复测像控点。

在内业数据处理时也应特别注意空三质量是否合格，若不合格应及时寻找问题并解决，空三质量不合格会使得后续的工作都或多或少出现一些问题，这样会增加成本，也会增加一些负担。

DJI PHANTOM 4 RTK 无人机数字正射影像与三维影像采集，面对复杂地形也可以高效灵活完成测绘任务；应注意的是在采集特征点时应多角37 度旋转，避免出现坐标偏移。对与遮挡物较多的情况下不可强行采集特征点，这样很容易造成特征点坐标的偏移，对于遮挡物多的地形应采取其他软件进行采集特征点。数字化测量新技术完全实现了土石方量计算的目标，节约了大量人力，保证了测绘质量，同时提高了其工作效率。