小型低空无人机航测技术在思南小屯岩危岩削方工程削方量测算中的应用

李 军，李东明，贺太红，陈 静

（1.贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州 遵义 563000；2.贵州省地质环境监测院，贵州 贵阳 550001）

1 工程概况

小屯岩崩塌地质灾害防治工程位于贵州省思南县境内，其主体工程为一处高约40m，宽约50m，均厚约5m，方量近10万方的大型危岩体的削方清除工作，该危岩位于高陡斜坡区中上部，距坡脚居民区高差约200m，其所在陡坡为一坡度65°～90°的陡崖，见图1。由于涉及人工削石方量较大，为严格把控施工经费，需对实际削方量进行测量。

图1 思南小屯岩削方后现场状况图

2 测量方法的选取

针对该方量测量问题，拟采用的测量方法主要有以下四种，分别为：①手持RTK踏勘取点法；②免棱镜全站仪远程取点法；③激光扫描及三维重建法；④无人机倾斜摄影及三维重建测量法。各方法的优缺点见表1。

表1 四种常用测量方法的优缺点分析

由表1可知，小型低空无人机倾斜摄影三维重建法相对于其余三种方法具备明显优势，更适用于此次测量任务，但需辅以免棱镜全站仪远程取点法进行精度控制，以取长补短，在安全高效的基础上达到测量精度要求。

3 航测技术路线

该测量方法技术路线主要分为如下几个步骤：

第1步：削方前要求施工单位完成拟削方区及其外围一定范围内植被剔除工作。

第2步：用免棱镜全站仪在拟削方区外围适当位置选取4个易定位地物特征点作为控制点，并在削方范围内另选4个易定位地物特征点作为检查点，以保证测量准度。采用在高清全景影像上描点的方法记录各点位置信息。

第3步：采用手动飞行的方式，用小型多旋翼低空无人机对削方区及其外围适当区域进行立面扫描式倾斜摄影，通过多角度覆盖及局部手动加密的方式保证航测结果具有足够的覆盖面积及精度。此为削方前航测。

第4步：削方后航测，步骤与上述第2、3步类似。

第5步：将现场获取的无人机航测影像、控制点、检查点等资料输入无人机航测影像处理软件中，选取CGCS2000/3-degree Gauss-Kruger CM 108E作为模型空间参考坐标系，通过控制点约束及检查点校准，分别生成削方前后满足测量精度要求的三维实景曲面模型。

第6步：在EPS软件中描绘出削方区范围线，导出范围线拐点坐标，并采用手动取点的方式提取削方范围线内部及外围适当位置的高程点，保持点间距在0.5m～2.5m之间，局部表面起伏明显区适当加密取点，取点过程注意避开植被表面，尽量多选取植被间空隙区域。用此方法分别提取削方前后模型高程点，并导出高程点坐标。

第7步：在CAD制图软件中分别绘制削方前后高程点及削方范围线。

第8步：将第7步中获取的削方前后高程点dwg图形文件导入EPS软件中，分别生成削方前后三角网文件。

第9步：将第7步获取的削方范围线dwg文件及第8步中获取的削方前后三角网文件先后导入三维测图软件，利用软件自带的削方算量工具，分别以削方前后三角网作为削方区上下表面，以削方范围线作为测算范围特征线，利用DTM方格网极限分割法，网格边长设为2m，计算出实际削方量。

4 计算结果分析

经检查点误差分析可知，获取的削方前后三维模型精准度均满足相关规范要求，这两个曲面圈闭区域的体积即为实际削方区域体积，而后通过在削方区范围内通过方格网极限分割法计算出削方区范围内的削方量，即为实际削方量，该方法基础测量精准，计算理论扎实，计算结果直观（见图2），具备较强的说服力。

图2 方格网极限分割法削方量计算结果示意图

5 结论及展望

5.1 结论

（1）本文通过对比分析4种常用工程测量方法的优缺点，总结出小型低空无人机倾斜摄影三维重建方法相对于传统方法具有“无测量死角，无需搬运仪器，测量成本低，安全风险低，可室内取点，取点效率高，模型为彩色实景，地物轮廓可识别性高”等明显优势，但需辅以免棱镜全站仪远程取点法进行精度控制，以取长补短，在安全高效的基础上达到测量精度要求。

（2）本案例同一模型内既有削方区又有堆渣区，因此需准确圈定削方区范围，仅计算削方区范围内的体积减少量，才能过滤掉堆渣区对计算结果的影响。

（3）本案例在模型上选取高程点的方式为手动取点，该方法可通过精细操作有效避免植被的干扰，一定程度上达到人工去植被的效果。

（4）本案例利用小型低空无人机航测技术对小屯岩削方工程进行测量，测量成果经传统方法验证，满足基础测量精度要求，方量计算方法为常用的DTM方格网极限分割法，结合正射影像，测量结果直观明了说服力强，说明该技术具备较高的工程应用价值。

5.2 展望

在危岩体削方工程中，削方区多呈陡崖底部有凹腔的负地形特征，采用传统的基于大地坐标系的测算手段难以达到精度要求，尚需采用如坐标系转换等其他手段对测量信息进行有效提取，具体技术路线还有待探索完善。