基于倾斜摄影测量的露天土石挖填方计算研究.pdf
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1、SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯建 筑 与 土 木 2023 NO.20 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于倾斜摄影测量的露天土石挖填方计算研究贺艳花(贵州黔美测绘工程院 贵州贵阳 550000)摘要:传统的全站仪或RTK技术进行土石方的填挖计算,需要耗费大量的人力和物力,而且效率较低,成本相对较高。该研究利用消费级无人机快速进行土石方计算,通过低空无人机获取影像,利用少量像控点,依据计算机视觉原理生成了地形稠密三维点云,实现了露天地形三维数字模型制作。该研究区域选择了某块有起伏的地形进行试验,利用RTK采集地形高程点进
2、行精度对比。试验的结果表明:利用无人机构建的露天地形三维数字模型计算的挖填石土方量误差在3%以内,完全满足工程中土石方量计算标准,该技术方法具有很高的实用价值。关键词:全站仪 无人机 三维点云 三维数字模型 精度对比中图分类号:P231文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2023)20-0106-04Research on the Calculation of Open-Pit Earth-Rock Excavation and Filling Based on Tilt PhotogrammetryHE Yanhua(Guizhou Qianmei Surveying and Ma
3、pping Engineering Institute,Guiyang,Guizhou Province,550000 China)Abstract:The calculation of earth-rock filling and excavation by the traditional total station or RTK technology needs a lot of manpower and material resources,and has relatively low efficiency and relatively high costs.This study use
4、s the consumer-grade UAV for the rapid earth-rock calculation,uses the low-altitude UAV to obtain images,generates a dense three-dimensional point cloud of terrain based on the principle of computer vision by a small number of image control points,and makes the three-dimensional digital model of ope
5、n-air terrain.For the study area,a undulating piece of terrain is selected for the test,and RTK is used to collect the elevation points of the terrain for precision comparison.The test results show that the error of earth-rock excavation and filling volume calculated by the three-dimensional digital
6、 model of open-air terrain built by UAVs is within 3%,which fully meets the calculation standard of earth-rock volume in the project.This technical method has high practical value.Key Words:Total station;UAV;3D point cloud;3D digital model;Accuracy comparison近年来,随着国家经济发展与“一带一路”倡议的共建,各种类型的设施建设项目越来越多。
7、如何使工程项目的进度安排更加经济合理,如何准确、快速地对工程量大小与费用进行计算,是工程建设过程中面临的难题,而这些问题的解决有赖于高效率和准确的土石方量计算方法1。因此,选择合适的地形数据采集与土石方量计算方法十分重要。水准仪测量法、全站仪测量法和全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)测量法作为传统的土石方测量方法在生成一直得到广泛的应用。水准仪法首先将整个测区划分成若干大小相等紧密相连的方格网,然后对方格网的4个角点的高程用水准仪进行高程值的测量,最后通过设计的标高值用格网法对土方量进行计算2。这种方法的适用性较为单一,如果测区不
8、符合方格网的结构布设,水准仪法就不一定适用,且该方法费时、费力。全站仪法仪器操作DOI:10.16661/ki.1672-3791.2303-5042-1841作者简介:贺艳花(1988),女,本科,工程师,研究方向为测绘工程。106SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.20 建 筑 与 土 木科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION简单,适用于测量面积不大且通视情况良好的区域,但如果通视条件不好,采用全站仪法就会比较繁复,且发挥不出相应的效率。GNSS法是目前挖填土石方测量中较为常用的一种方法,其不受距离和通视条件限
9、制,且测量速度较全站仪有所提高。然而,当测区中GNSS信号受到影响,或人工无法到达测区时,该方法就无法顺利完成。综上所述,这3种传统方法很大程度上受到地形的影响,导致挖填土石的效率不高、人力成本较高。如何找到高效、安全且低成本的挖填石土方测量方法,成为当前亟待解决的问题3。利用无人机机动灵活和快速高效的特点,可大大提高数据获取效率,降低对摄影环境的依赖,利用无人机技术可以快速、准确地获取高分辨率的影像。无人机的应用已在工程的各个环节中起到越来越重要作用。国内外众多学者已对使用无人机技术进行挖填土石方量测量开始试验,由于该方法不需要接触被测目标且不受场地障碍影响,大大降低野外人工现场采集作业人力
10、成本与土石方量计算管理成本,可快速获取测区的地形模型,为测量工作人员提供了安全保障。1 基本原理无人机影像三维建模技术是基于计算机视觉原理的一种三维建模技术。具体步骤如下:(1)从给定影像中自动检测出可靠且充分密集的连接点,利用连接点对大量影像进行自动重定向;(2)根据重定向结果进行投影重建,标定相机位置等信息;(3)通过CMVS(Cluster Multi-View Stereo)、PMVS(Patch-based Multi-View Stereo)等算法进行密集匹配;(4)从点云通过构建三角网格模型得到目标三维模型。首先通过使用定位定向系统(Position and Orientatio
11、n System,POS)或GNSS差分系统进行精确定位,以提供每一张影像POS信息,再结合基于影像的自动空三加密、影像密集匹配、纹理映射最后生成模型等系列步骤,完成整个三维重建过程。在自动空三加密中应用到影像连接点匹配、影像匹配粗差检测以及影像区域网平差3个步骤,下面将对相关技术进行介绍。1.1 影像连接点匹配目前,在影像连接点匹配中较为常用的尺度不变特征转换(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)匹配算法。SIFT特征匹配算法与影像间的大小和影像之间是否进行旋转无关,其是通过物体上的一些局部外观的兴趣点来进行匹配的4,对光线、噪声、微视角改变具有相当
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