測繪技術在塑石表面積測量的應用

賈周云，唐健康，樊寬林

(1.陜西能源職業技術學院，陜西 西安 712000；2.國家電網西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850001；3.四川中水成勘院測繪工程有限責任公司，四川 成都 610072)

0 前 言

隨著人民生活水平的不斷提高，人們對人居環境的舒適度和美感要求越來越高。在項目開發中，項目業主為了達到提高居住環境質量的目的，運用了大量的技術手段，其中就包括塑石假山工程。由于塑石假山造價高，項目開發方和承包商對塑石假山的工程量非常重視，在此背景下四川中水成勘院測繪工程有限責任公司承接了某項目的塑石表面積測量工作，把測繪技術運用于塑石表面積的測量，為開拓公司的業務范圍作了一些嘗試。

1 方案設計

工程量成果精度一般規范要求對同一區域工程量兩次獨立測量的較差，土方方量不超過7%，石方方量不超過5%，混凝土方量不超過3%。換算成單次測量相對中誤差，土方方量不超過2.47%，石方方量不超過1.76%，混凝土方量不超過1.06%。由于本工程屬于造價更高的塑石假山工程，開發商要求表面積測量相對中誤差不大于0.3%，且計算表面積的點間距不大于20 mm。

本項目塑石假山工程如圖1所示。圖中上半部分為別墅區，中間部分為塑石假山裝飾后的陡崖區，下面部分為堡坎和高層建筑。

1.1 作業方法及使用儀器

根據圖1可知，塑石假山表面凹凸不平，采用單一測量方法根本無法完成，經分析研究本項目后確定采用下列方案完成，各設備照片及儀器編號見圖2。

圖1 塑石假山示意

TCA2003 GNSS接收機 飛馬D200無人機 大疆精靈4無人機 SONY α7 RⅡ

圖2各設備照片及儀器編號

(1)控制測量。邊角測量采用徠卡TCA2003全站儀，測角精度0.5″、測距精度1 mm+1 ppm；大地坐標引測采用中海達雙頻GNSS接收機，標稱基線測量精度為3 mm+1 ppm。

(2)空中航攝主拍。飛馬D200無人機，配置飛馬D-OP300五鏡頭傾斜模塊，五鏡頭傳感器尺寸均為23.5 mm×15.6 mm，鏡頭焦距參數為中間垂直鏡頭25 mm，四周傾斜鏡頭35 mm，傾斜相機傾斜角度45°，單機有效像素2 400萬。

(3)假山凹槽空中輔助航拍。采用大疆精靈4無人機，像素2 000萬。

(4)局部漏洞數據采集。采用手持相機SONY α7 RⅡ，像素4 200萬。

1.2 控制測量

控制測量的空間點位精度應根據表面積的測量精度進行估算。為了保證控制點精度不至于對表面積測量的精度產生顯著影響，根據誤差忽略不計原則，按面積測量精度的1/3進行控制測量精度估算，因表面積比實際面積放大約1.5倍，因此按面積測量精度的1/4.5進行估算。

1.2.1 精度估算

1.2.2 控制點布設與聯測

首級控制點2個成果引測及外圍像控點測量采用中海達GNSS接收機使用千尋網絡RTK模式進行。

塑石假山范圍內像控點和成果檢查點聯測用的首級控制點2個，應以GNSS引測的一個為起算點，另一個為起算方向點；采用全站儀往返測獲取方向點的坐標和高程成果，控制點邊長約250 m，按三等水平角和天頂距的測角精度1.8″和測距精度1 mm+1 ppm估算，控制點空間點位中誤差為3.4 mm。像控點和成果檢查點選擇航飛影像上的人工建筑物明顯規則棱角等作為標志，從首級控制點上按四等精度一站聯測，最大邊長250 m，測角中誤差為2.5″，測距精度1 mm+1 ppm，經估算得像控點相對于首級控制點的中誤差為4.5 mm。根據誤差傳播律可知像控點的最終精度為5.7 mm，滿足1.2.1節中的精度估算要求。

1.3 影像數據采集

空中航攝主拍參數按12 mm地面分變率、航向重疊度80%、旁向重疊度80%設置，計算的基線長為9.6 m，航線間距14.4 m，按傾斜攝影方式布設航線。

假山凹槽空中輔助航拍采用大疆精靈4無人機，航向重疊度80%、旁向重疊度80%，航線按中、高、低進行敷設，航線大致平行于塑石走向，鏡頭方向水平。

手持相機補拍，根據主拍和輔拍的情況進行補拍，補拍重疊度不低于80%。

1.4 數據處理

1.4.1 控制測量數據處理

將GNSS測得的CGCS2000成果結合EGM2008重力場模型計算的高程異常求得引測控制點及外圍像控點的高程，并根據塑石假山的平均高程，以測區的平均經度作為中央子午線，按高斯投影方式求出各點平面坐標；全站儀測站點和像控點按選定的投影方式進行計算。

1.4.2 航拍數據處理

航拍影像數據先進行像主點偏心和畸變差糾正，然后進行數字空中三角測量，精度滿足要求后，再使用實景三維模型處理軟件構建三維模型。

1.4.3 手持相機數據處理

手持相機拍攝的影像數據先進行像主點偏心和畸變差糾正，然后進行數字空中三角測量，使用實景三維模型處理軟件構建三維模型，再利用航拍實景三維模型的同名特征點對其進行糾正，要求特征點能有效控制手持相機數據生成的實景三維模型。

1.4.4 數據融合

將三種拍攝方式獲取的模型數據進行融合計算，生成無漏洞的完整模型，再利用模型計算塑石假山的表面積。

2 方案實施

2.1 影像獲取

飛馬無人機共飛行15條航線，單鏡頭采集546張相片，五鏡頭共獲取2 730張影像，大疆精靈4共飛行6條航線，獲取147張，手持相機獲取1 349張。

2.2 像控點和檢查點聯測

像控點是以飛馬無人機飛行15條航線，按每5條航線布設1排，每12條基線布設1個像控點，共布設16個像控點，檢查點布設在塑石假山附近的擋墻拐角，共布設7個檢查點。

2.3 三維模型生產及面積量算

三維模型生產是耗時最長的，包括影像糾正、數字空三、像控點導入、模型計算等過程。模型生成后，在按區域進行表面積量算，本項目共分為4個區域，各區域形狀和面積(深色區)見圖3。

3 成果質量評定

成果質量評定采取的方法是量模型上檢查點的坐標與全站儀外業測量的成果進行比對分析，比對情況見表1。

經統計計算空間點位中誤差為33.0 mm。

將實測點反算邊長與模型點反算邊長進行比較，結果見表2。

圖3 各區域形狀和面積示意

點名點位類別XYH墻角1實測/m3 293 715.962 4500 234.553 9294.673 0模型/m3 293 715.98500 234.59294.64坐標較差/mm17.636.1-33.0位置較差/mm52.0墻角2實測/m3 293 699.501 4 500 279.946 3 294.884 8 模型/m3 293 699.50 500 279.94 294.88 坐標較差/mm-1.4 -6.3 -4.8 位置較差/mm8.0墻角3實測/m3 293 736.088 5 500 201.390 5 294.724 5 模型/m3 293 736.10 500 201.40 294.72 坐標較差/mm11.5 9.5 -4.5 位置較差/mm15.6 墻角4實測/m3 293 768.119 9 500 208.886 8 295.115 0 模型/m3 293 768.13 500 208.89 295.11坐標較差/mm10.1 3.2 -5.0 位置較差/mm11.7墻角5實測/m3 293 818.349 4 500 243.548 8 296.168 9 模型/m3 293 818.34 500 243.55 296.17 坐標較差/mm-9.4 1.2 1.1 位置較差/mm9.5墻角6實測/m3 293 876.533 0 500 258.127 7 296.122 5 模型/m3 293 876.54 500 258.15 296.15 坐標較差/mm7.0 22.3 27.5位置較差/mm36.1墻角7實測/m3 293 984.155 9 500 314.002 4 299.452 5 模型/m3 293 984.19 500 314.04 299.43坐標較差/mm34.1 37.6 -22.5位置較差/mm55.5

表2 實測點反算邊長與模型點反算邊長比較

4 結 論

本文論述了測量方法對塑石表面積的測量，經過成果質量評定，表明成果精度符合業主要求。要使得新的測繪項目最終成果滿足預期精度要求，并對類似工作提供指導性方案，必須通過以下幾道工序：方案設計、嚴格按設計規定的各項指標作業、成果檢驗、技術總結。