无人机低空摄影与RTK在土石方测量中的常规操作

作者:马麒麟

(中铁八局集团第七工程有限公司)

作业流程图

无人机低空摄影测量方法

1、首先选择一块场地,确定测量的边线。设置无人机的各项

参数,如:测量边界、无人机高度、飞行方式等,测量完成后,导出图像数据。外业作业就已经完成了。(小型无人机)

2、通过Pix4Dmapper软件对图像进行处理。

2.1打开Pix4D软件选项目-新建项目:输入项目名称,选择路径。新项目勾选,然后点击Next进入下一步。

2.2选择图像:点击添加路径,选择导出图像的文件夹。

2.3图片属性:设置图像坐标系,这个看自己的无人机设置的坐标系来决定,一般默认是World Geodetic System 1984坐标系(WGS 84),地理定位图像和精度可以默认。

2.4输出坐标系:选择需要导出数据的坐标系和经度,这个看自己使用的RTK设置的坐标系,我的RTK是china 2000坐标系,经度105°。

2.5处理选项模板:根据自己的需求选择合适的模板。因我的无人机采用的正射摄影模式,所以我选的是标准中的3D Maps,这个时候处理数据前的设置就已经完成了。

2.6点击左下角的处理选项,取消2、3勾选保留1选项,在状态栏选择全面高精度处理或者定制,然后点确定,在左下方点击开始。这一步是对照片进行初步的处理,用已检查相片质量、方便对控制点进行准确刺点,保证无人机的坐标系与RTK坐标系一致。

2.7加入控制点:初步处理完成后,这时需要加入控制点,控制点必须在测区范围内合理分别,通常在测区四周以及中间都要有控制点。完成模型的重建至少要有3个控制点,通常100张相片6个控制点左右,控制点最少要在两张影像上同时找到。点击项目选择GCP/MTP管理,手动输入或者导入控制点(南方CASS格式)。

下方蓝色×为控制点位置

2.8选择左侧的空三射线编辑器,点击点云。可以看到生成的连接点和系统预测的控制点位置(蓝色的圆圈中间有个小圆锥)。

然后点击控制点在右侧会显示控制点数据和每张照片上控制点位置,在照片上点击控制点的准确位置,至少标出两张(3-8张最好),点击是标记会变成一个黄色的圆圈中间有个黄色的×,这就是表示图片已标记完成,标记超过两张后圆圈中间会出现一个绿色的×,就表示已经重新开始计算控制点位置。

最后点击右侧控制点状态栏中的使用,再点击自动标记,这样说有的照片都会自动重新标记控制点,处理完成后左边的控制点括号后数值会显示有多少张照片进行了控制点重置。依次每个控制点进行以上步骤操作,直至所有控制点重新标记完成。

2.9全自动处理:点击左下角处理选项取消1,勾选2、3点击确定,2、3项根据自己需求来进行选择,一般情况选择默认。然后选择上方处理-重新优化,完成后得到三维模型。

3、通过EPS提取三维模型中所需要位置的平面高差点数据。

3.1打开EPS新建一个工程。

3.2三维测图-生成垂直摄影模型:首先要先生成模型,在弹出的生成垂直摄影模型界面选择导入dom影像和dem影像。

dom影像文件路径:/3_dsm_ortho/2_mosaic/xxx.tif,dem文件路径:/3_dsm_ortho/1_dsm/xxx_dsm.tif;如果开始就有路径需要手动删除,无法通过重选进行覆盖。

3.3生成的文件在/3_dsm_ortho/1_dsm/XX.dsm,然后点击三维测图-加载垂直影像,加载刚刚生产的文件。

3.4加载超大影像:加载/3_dsm_ortho/2_mosaic/xxx.tif,生成超大影像。

3.5提取高程点:点击三维测图-等高线高程点-提取高程点进行高程点提取。

点击提取高程点后会弹出操作窗口,可以选择提取方式有三种:点、线、面。首先可以通过点来选出图上控制点高程与RTK控制点高程进行校正,然后通过线或面来选择区域内高程数据,下面我以面来举例:选择点的间距、编号、限差。选择完成后,在左上角选择图层为高程点。

通过鼠标框选需要测量土石方范围,选择时边界范围大于需要测量的范围,以便与计算的时候更加准确。

选好后点击鼠标右键生成高程点。

3.6导出数据:点击工具运行脚本,选择CASS转换或者DWG转换,出现弹窗后点击全部提取,选择导出位置点击确认生成dwg格式文件。

4、土石方计算

4.1在CASS9.2中打开从EPS导出的dwg格式文件,然后点击绘图处理-展开野外测点点号和展开野外测点代码(在RTK数据中提取的边界点数据),然后用多段线连接新展开的边界点。

4.2点击工程应用-DTM算法土方计算-根据图上高程点-选择计算边界线-输入场平标高-边界采样间距-点击确定,自动计算土石方量。

RTK测量方法

1、测量前设置RTK参数:椭球、坐标系、控制点、杆高。设置完成后校核控制点然后选择合适的间距进行地形点测量,采集完成后导出数据到计算机里。

2、导出的高程点数据按照南方CASS格式进行重新整理,然后在CASS9.2中点击绘图处理-展开高程点-展开文件的是dat格式。

3、通过多段线连接需计算的边界线,然后查看连接点的平面高程数据或者用ZBBZ插件进行提取,用于无人机测量数据边界的依据。要确保多段线为闭合线路(K1-4点为提取的边界坐标高程)。

4、土石方计算:点击工程应用-DTM算法土方计算-根据图上高程点-选择计算边界线-输入场平标高-边界采样间距-点击确定,自动计算土石方量。

对比结果

场地相同、面积相同、场平标高相同的土方计算中,无人机的挖方量为24672.2m³;RTK的挖方量为24459.9m³;相差212.3m³

无人机在土方测量优点:具有速度快、效率高、在无植被或少植被的土方测量精准度高,而且使用方便,对大土方测量具有极大优势等优点。

无人机在土方测量缺点:具有植被覆盖较为密集的测量精准度较低,数据处理相对复杂,测量时需要设立标靶点,续航能力差和受风力影响大等缺点。

RTK在土方测量的优点:具有能全天候、复杂地形作业,数据精准度高,数据处理快等优点。

RTK在土方测量的缺点:效率低、速度慢。


来源:作者投稿,作者:马麒麟,单位:中铁八局集团第七工程有限公司

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