浅谈无人机测绘技术在工程建筑领域中的应用.pdf

产城产城 2023年6月(上)280无人机航测是传统航空摄影测量方式的重要补充，它具有灵活、高效、适用范围广、生产周期短等优势，在小区域和飞行困难地区获取高分辨率图像具有明显的优势。随着无人机技术的不断发展，无人机测绘在遥感测绘中占有非常重要的地位。无人机可以搭载多种遥感设备，如高分辨率 CCD 数码相机、激光三维扫描雷达、轻型光学相机等。获取信息，并通过相应的软件对所获取的图像信息进行处理，按照一定精度要求制作成三维模型、正摄影像图或线画图，为不同领域的运用提供精确数据。1无人机航测的特点1.1快速勘测响应能力无人机航测通常是低空飞行，空域申请便利，受气候条件影响较小，同时对起降场地的要求较低，尤其是多旋翼无人机，无需特殊场地，即可垂直起降，操作方便。对获取数据时的地理空域和气象条件要求较低，能够前往人工探测无法到达的区域进行监测，并根据任务需求，获取超出人工测量上百倍的航测成果。1.2高精度数据采集和建模能力无人机平台搭载的数码相机、数字彩色航拍相机等设备，可以快速获取地表信息、超高分辨率数字图像和高精度定位数据，生成 DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等 2D 和三维可视化数据，方便各种环境下应用系统的开发和应用。1.3时效性、性价比无人机航拍很好的解决了卫星遥感存档数据时效性差、影像更新时间长的问题，无人机可随时出发，随时拍摄，可做到短时间内快速完成，及时提供用户所需成果，且价格具有相当的优势。2测绘无人机发展简史2008 年以前是民用无人机发展早期，只有科研工作者、无人机爱好者以及专业的航拍、气象领域才会使用。当时的无人机是油动系统，硬件稳定性差、航线规划软件、POS数据缺失，使用维护要求比较高，系统使用复杂，需要资深的专业操控人员，数据处理软件不成熟，数据完整性差，只能输出高分辨率的影像以及 BOM 拼图。2008 年2015 年是测绘无人机发展初期。它是由组装机到品牌整机过渡的时代，使用电池动力，使用自主知识产权自动驾驶仪系统稳定，使用维护相对简单，只能手掷/滑翔起降，需要人工操作，使用第三方数据处理软件，已经能提供高清影像、DOM、DEM、真三维影像。2015 年2020 年是测绘无人机高速发展期。进入了智能化产品时代，产品快速迭代。旋翼无人机突破作业场地限制，拥有全程智能飞行功能，拥有一站式行业软件解决方案。能做到免相控、倾斜摄影、激光雷达，可提供 DOM、DSM、TDOM、2.5D 模型及真三维模型。2020 年以后是测绘无人机发展稳定期。主要发展方向是进一步提升无人机的性能，加强数据应用、拓展应用领域。出现了自研相机、国产激光雷达产品，拥有模块化的任务载荷设计，多元化的数据获取方案单相机、多相机、热红外遥感模块、可见光视频模块、热红外视频模块。一站式软件解决方案，支持从精准三维航摘 要：在科学技术和信息技术不断发展的背景下，传统测绘技术无法满足当前建筑工程测量工作的实际需求，无人机测绘技术是当前应用范围较为广的遥感测绘技术，其具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，本文以无人机航测技术特点为出发点，主要讲述了无人机测绘技术在工程建筑领域中的应用场景，旨在能将无人机测绘技术拓展至更为广阔的领域。关键词：无人机测绘；遥感测绘技术；建筑工程测量；测绘应用浅谈无人机测绘技术在工程建筑领域中的应用文/夏丽丽June 2023 Industry City281调查研究线规划、三维实时飞行监控、控制点量测到空三处理全流程作业，全成果影像工作站提供 DOM、DSM、TDOM等多种数据成果及浏览。3无人机测量技术现状无人机技术即无人机遥感技术是一种将无人驾驶飞行器技术、遥感技术、通信技术和 GPS 定位技术等有机结合起来的，应用于地理信息、测绘测量方面的应用技术，具有智能化、自动化和专业化等特点。无人机测绘技术主要是通过无线遥感技术控制飞行设备对施工区域或者施工主体进行巡航拍摄，并对其主要数据信息进行测量采集，通过无线电传输到处理终端。随着无人机与数码相机技术的发展，基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势，无人机与航空摄影测量相结合使得 无人机数字低空遥感 成为航空遥感领域的一个崭新发展方向，无人机测绘技术可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察等方面，尤其在工程建筑领域中具有广阔前景。4无人机测绘技术在工程建筑领域中的应用由于建筑行业自身的复杂性和特殊性，导致其对技术的引入率一直较低。近年来，随着技术的不断进步与发展，建筑行业也正在向各种技术开放，无人机在建筑行业的使用增长了 239%。无人机在建筑行业的应用简化了高级施工程序，给行业带来了巨大的变化。4.1勘察设计阶段高效获取地形数据。九层之台起于垒土，在项目勘察设计阶段需要获取地形数据。传统人工测量需要深入测区，一个点一个点的测量费时费力，在一些地质情况比较复杂的地区还有一定的危险性。使用无人机搭载测绘相机对测区拍摄，将获取的数据使用重建软件生成正射影像及数字表面模型，再通过绘图软件即可生成所需要的地形数据，可以节约项目时间及成本。设计人员还可以使用正射影像和实景三维模型做规划设计，避免勘察与设计脱节，减少勘察人员外业工作的强度。相对于传统测量其包含的实体信息对征地补偿、施工选址等都有很大帮助。按需获取纵横断面。传统工作中，纵横断面通常是靠人工采集，劳动强度大、效率低，在危险区域人员无法到达，设计过程中因缺少数据导致成果不准确。使用无人机搭载激光雷达，能穿透植被，获取高精度数字高程模型，这样勘查人员无需深入现场即可完成作业。设计人员可在室内根据模型，按需生成纵横断面，提高了采集的效率和准确率。高效土石方精准测量。如何精准测算项目土石方造价是节约项目成本的重要手段。传统进行土石方测量时，因测量点密度低、特征点采集不到位等原因，导致测量结果偏差大，且测量周期长。使用无人机搭载激光雷达能获取高密度测量点，作业周期大大缩短且精度高。在三维点云的基础上，通过添加设计数据即可计算开挖及回填材料的体积，实现数据可视化，为工程招标提供重要决策依据，节约项目成本。4.2建设施工阶段空中视角弥补安全盲区。在施工中，安全是重中之重，传统监控一般只布置在地面，面对高层建筑，空中数据缺失，无人机通过空中视角生成的全景图可获取场地全面信息，对建筑工地安全防护网、临边防护网、深基坑周边建筑物进行定期巡检，拍照存档，传统监控只能固定角度拍摄，存在视野盲区。无人机机动灵活，通过搭载变焦相机、红外相机，可在施工现场清晰看到人员安全帽、反光衣，以及大型机械塔吊、升降机关键部位螺栓、吊篮等，可实现远程实时安全监控，提高了建筑施工的安全标准。自动化巡检守护人员安全。在面对区域跨度大的项产城产城 2023年6月(上)282目，人工巡检的方式费时费力。在遇到施工现场高墩盖梁、滑坡体等高风险环境，人工巡检危险性大，巡检难度高，频次低。无人机具有高防护性能，通过设定航线能深入危险区域进行高频次自动化巡检，并且画面可同步至云端，技术人员可在电脑、手机等多种终端查看。巡检过程中拍摄的照片、视频可自动存档，作为巡检记录。这种巡检模式既保证了人员安全，提高了巡检频率，也进一步保障了施工安全。可视化施工进度管理。当面对面积大、周期长、地形复杂的项目时，开发过程中的不确定性和施工变更可能性越高。土方成本失控的风险越高。传统工程进度管理办法采用报告报表形式，简明描述工程实际达到的形象部位，存在数据不准、报告不真实的问题。利用无人机生成的三维模型对工程中的关键进度进行定性、定量分析，查看施工进度，管理人员无需到达现场，即可有效掌握工程进度的周期性变化，规避进度逾期及施工结算风险。记录不同施工阶段的土方量变化，有助于更精确地把握工程进度。在施工的不同时期无人机在工地上方按照特定航线和高度飞行并获取航拍影像生成该区域的 DSM（数字表面模型 Digtal Surface Model），然后通过两个时期的 DSM 的差异计算出工地范围内土方量的变化并上直接对土方进行计量和统计，有效计量土方全过程。分析场内倒运、外运情况，辅助实现土方平衡，同时也为土方工程结算提供据实结算的可靠数据，避免纠纷，节约成本。4.3竣工验收阶段竣工图绘制。常规规划竣工测量采用全站仪或 RTK外业采集模式，对建筑物及周边地形进行碎部点采集，线性线画图可视性差、判读性差，只有二维信息和部分高层数据，无法获得整体直观的三维信息，存在效能低、强度大及局限性等弊端。现阶段，可利用在无人机飞行平台上挂载多个多角度非量测数码倾斜相机，从空中以前视、后视、左视、右视和正摄角度，对地面进行拍摄，获取地面影像数据，四个侧镜头用来获取建筑物侧面纹理信息，这为立面测量提供了保障，下视镜头获取建筑物的顶部信息。通过配套软件的应用，可以直接基于成果影像进行高度、长度、面积、角度的测量，实时获取数据，也可以基于倾斜数据直接对建筑物矢量、点状地物进行测量，采集过程中对于不同地物给予不同的编码，导出数据可以直接 CASS 成图。应用该方法不仅能够更加全面的获取城市建筑物竣工测量要素，还能降低测量工作的人力消耗，节约资源，节约成本。工程竣工验收。规划竣工验收需要核实的内容多，精度高，速度快，常规的竣工测量方法提供的信息无可视性，这样，无论是在质检部门的现场质检阶段，还是在规划审批部门现场验收阶段，均无法对每个细节都检查到位，这样就难免遗漏现场存在的大小问题。这时可以利用无人机测绘技术对规划竣工项目进行测量，将获得的正摄影像图及鸟瞰图与审批定位图重叠，就可以清楚的获得规划核实中重要验收指标和容易被忽视的信息。例如，可以看出建筑项目的整体用地情况，以及最外围的施工围墙是否有超用地红线；了解建筑物的整体精度控制情况，从主要角点与影像的重叠情况可以看出建筑物有没有偏移变形；排查可能出现的漏测、加建及变更等情况；还可以核实建筑外立面是否有增设拉梁，空调位、阳台是否装有防护栏，露台、走廊等是否有维护设施，是否增设结构加强板，屋面的外立面造型是否有变化等信息；核实地面绿化面积及位置信息；地面硬化情况；车位、消防场地等要素，对与审批定位图不符的地方，要求施工单位进行整改，以满足规划验收要求。4.4在其他方面的应用在建筑工程领域，无人机测量技术和 BIM 技术的结合也给工程建设带来了很大的变化。通过无人机测量技术获取高精度的地形数据，利用 BIM 技术，将采集到的信息纳入到数据库，可以实现信息的可视化分析，项目管理人员可在 BIM 轻量化模型中清晰的查看项目工地中各项目的实时进度和详细信息，并进行高效的交互，了解各项目施工班组实时的作业情况及信息数据，辅助管理人员对项目进行精确掌控与决策。结语无人机技术有利于建筑工程项目各参与方跟踪工程项目整体的发展趋势，为后期的决策提供准确、实时的信息支撑。工程测量中应用的无人机测绘技术优势较多，监测尺度和监测范围较大，且具有较高的监测效率，高空作业优秀，在与多项科技技术的融合中大大提高了工程测量的效率和质量，对于现代工程项目的规划建设具有重要的指导性作用。随着无人机技术不断成熟，成本持续降低，无人机必定会成为建筑行业信息化、工业化、智能化发展的有力工具。参考文献：1刘建伟.无人机测绘技术在建筑工程测量中的应用分析J.云南水力发电,2022,38(10):302-304.2董莉.无人机测绘技术在建筑工程测量中的应用J.江西建材,2021,No.272(09):88+90.（作者单位：蚌埠市勘测设计研究院）