地面開挖工程幾乎都會涉及土方計算工作。土石方的量算精度由地形表達質(zhì)量直接決定。通過無人機攝影測量，并搭載杭州美霖科技有限公司研發(fā)的云帆創(chuàng)新GAMA PPK高精度航測方案。生成的地形表達完整，外業(yè)工作量小，內(nèi)業(yè)自動化程度高，計算精度可靠，計算結(jié)果受測量方法和計算方法影響小。其成果用于兩期土方量計算，成果可靠性高且具有可視化效果。

無人機PPK后差分攝影測量作業(yè)流程

1.工作設備

本次測量數(shù)據(jù)由以上幾款設備完成，分別是大疆精靈4無人機搭載改裝的云帆GAMA PPK、云帆自主研發(fā)的X-120固定翼無人機、GNSS接收機、smart GCP像控板。

2. 數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)的獲取可使用DJI大疆精靈4 PRO PPK無人機 以及云帆創(chuàng)新X-120固定翼無人機搭載云帆GAMA PPK后差分同步采集地表影像，GNSS接收機同步采集靜態(tài)數(shù)據(jù)，并且搭配云帆創(chuàng)新智能像控點 GCP記錄像控點位置，得出高精度POS。

數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場

首先在測區(qū)內(nèi)找到找到一處相對開闊、無遮擋的區(qū)域，作為飛機的起飛點和rtk靜態(tài)數(shù)據(jù)采集點。本次數(shù)據(jù)采集需要的設備有：大疆精靈4 Pro 2.0、云帆X-120固定翼無人機、中海達rtk、云帆smart GCP像控板（其中像控板可以代替rtk記錄靜態(tài)數(shù)據(jù)）。

精靈4 Pro 2.0 無人機搭載云帆創(chuàng)新ppk

云帆X-120固定翼無人機搭載云帆創(chuàng)新ppk

GNSS接收機記錄靜態(tài)數(shù)據(jù)

具體操作如下：

在測區(qū)的四周選中幾個開闊點作為像控點，將云帆smart GCP開機放在選中的地方或者用rtk在選中的地方進行點測量并做好標記；接著在測區(qū)盡量中間區(qū)域選擇起飛點，首先選中某點作為rtk架立點，然后用rtk測量該點經(jīng)緯度坐標并做好地面標記且記錄點坐標數(shù)據(jù)；接著把rtk架立并記錄靜態(tài)數(shù)據(jù)（蘑菇頭連接手薄或者手機軟件，靜態(tài)設置中將時間間隔設置為1hz或者1s）；最后將大疆精靈4  Pro 2.0或者云帆X-120開機并規(guī)劃航線進行照片數(shù)據(jù)采集。　

導出并整理數(shù)據(jù)

將無人機的內(nèi)存卡取出，用讀卡器將照片數(shù)據(jù)導入電腦的新建文件夾（照片順序不能變）；將無人機上搭載的云帆ppk內(nèi)存取出并導出數(shù)據(jù)；將云帆smart  GCP像控點內(nèi)存卡取出并按測區(qū)內(nèi)擺放順序?qū)С霾⒂涗浕蛘邔�rtk中像控點的數(shù)據(jù)導出（經(jīng)緯度格式）；用數(shù)據(jù)線將rtk中的靜態(tài)數(shù)據(jù)導出并用rinex轉(zhuǎn)換軟件將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成通用格式。接著用云帆后差分處理軟件將無人機搭載的云帆創(chuàng)新ppk和rtk（GNSS）的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行解算，并得出建模需要的POS數(shù)據(jù)。

后差分處理數(shù)據(jù)

后差分處理完成后，我們會得到POS、events POS兩個文件，其中我們需要使用的是events POS；并且需要用wps表格將該POS進行整理并另存為.csv格式。

處理后得到的數(shù)據(jù)

軟件處理

檢查整理好照片數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)是否一致。數(shù)據(jù)處理可選用photoscan或者PIX 4D等專業(yè)化軟件進行全自動化處理，并且得到我們所需要的DSM、DOM、DLG 等測量成果。

我們以PIX 4D為例。打開pix 4d軟件，新建一個工程項目（名稱用字母或者數(shù)字，不能出現(xiàn)漢字），首先將我們整理好的照片數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)導入軟件，然后進行初始化處理，如下圖：

精靈4 Pro 2.0和云帆X-120初始化

導入像控點，選擇正確的坐標系，像控點導入之后進行刺點（Shift+鼠標左鍵），每個像控點至少刺3到9張照片，盡量把所有能看到點的照片都刺上；并且每個像控點都要刺。內(nèi)業(yè)操作流程跟無人機品牌、類型無關，所以導入數(shù)據(jù)或者刺點方式都一致。

精靈4 Pro 2.0和云帆X-120刺點

處理點云和紋理、DSM正射影像和指數(shù)。

精靈4 Pro 2.0和云帆X-120點云、正射等處理

生成點云、DSM、正射影像。

查看文件夾。

二、土方量測量

土方計算的關鍵在于原始地形地貌和開挖后地貌的準確表達。ARCGIS 計算土方量以數(shù)字高程模型( DEM) 作為基礎通過空間分析和疊加分析功能對開挖前后地形模型進行分析并用ARCGIS 軟件所帶的統(tǒng)計分析模塊計算填挖區(qū)域的體積，得到最終的填挖土方量。

ARCGIS 軟件利用柵格數(shù)據(jù)計算土方量的。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，非常利于計算機操作和處理，是GIS 常用的空間基礎數(shù)據(jù)格式。基于柵格數(shù)據(jù)的空間分析是GIS 空間分析的基礎。ArcGIS 柵格數(shù)據(jù)空間分析模塊( Spatial Analyst) 提供有效工具集，方便執(zhí)行土方量的計算問題。通過傾斜攝影測量的方法獲得將前期地表數(shù)據(jù)和后期地表數(shù)據(jù)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)，對兩個格網(wǎng)數(shù)據(jù)進行差計算，其差值就是該格網(wǎng)點的填(挖) 高度。

基于ArcGIS 計算挖填土方量的基本原理，應用軟件進行土方量計算的具體工作可歸納為以下幾個步驟。

1. 數(shù)據(jù)準備

準備通過攝影測量得到的開挖前DEM 和開挖后DEM 或由設計數(shù)據(jù)生成的DEM 數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)處理

檢查數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一性，保證兩期數(shù)據(jù)具有相同的坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)，坐標系統(tǒng)應為高斯投影平面坐標

3.土方量計算

通過3D Analyst 工具→柵格表面→填挖方工具來計算土方量。圖中對話窗口中選擇輸入兩期DEM數(shù)據(jù)，輸出柵格為最終提取出的開挖或回填范圍內(nèi)的DEM 數(shù)據(jù)存儲位置。

ARCGIS 計算填挖方工具對話框

4.土方量統(tǒng)計

根據(jù)最終提取出的開挖或回填范圍內(nèi)的DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 的統(tǒng)計功能統(tǒng)計填挖方量。

三、結(jié)語

云帆創(chuàng)新 GAMA PPK無人機和云帆X-120固定翼無人機后差分方案成果結(jié)合ArcGIS 軟件計算土方量，其精度可靠，外業(yè)工作量小，內(nèi)業(yè)自動化程度高。在其提供可視化成果之上實現(xiàn)量算、查詢等功能。