小型多旋翼無人機在覆土水工建筑物上部景觀設計中的應用

王 樂

(河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州 450016)

1 小型多旋翼無人機概述

小型多旋翼無人機也稱為多軸飛行器，是直升機的一種，通常有3個以上的旋翼，飛行器的機動性通過改變不同旋翼的扭力和轉速來實現。相比傳統的單水平旋翼直升機，它構造精簡，易于維護，操作簡便，穩定性高且攜帶方便。常見的多旋翼飛行器，如：四旋翼，六旋翼和八旋翼，被廣泛用于影視航拍、安全監控、農業植保、電力巡線等領域。小型多旋翼無人機主要由機架、電機、電調和槳葉組成，為了滿足實際飛行需要，一般還需配備電池、遙控器及飛行輔助控制系統。無人機航攝可產生的產品主要分為航攝影像、360全景影像、以及三維實景模型三類。航空攝影測量即在無人機上用航攝相機對地面連續攝取具有一定重疊度的照片。飛機上搭載的相機具有固定焦距、傳感器尺寸等參數，能在生成高清像素地面實景照片的同時，將拍攝照片時的姿態數據一并保存，還能通過軟件生成360度全景高清影像；三維實景模型是通過一組對靜態建模主體從不同的角度拍攝的數碼照片作為輸入數據源，導入專業軟件，生成三維實景地模，實景模型生成后還可通過專業軟件輸出其他多種格式的文件，滿足使用者不同的需求。

2 項目概況

該項目位于安徽省渦陽縣紫光大道與西環路交匯處西南角街角口袋空地，設計紅線長140.2m，寬48.57m，總面積6800.15m2。場地緊鄰城市主干道，周邊為老城住宅區，市民較為集中，老人、兒童居多，設計需考慮路口集散、兒童游樂及健身休閑的需求。場地內覆土水工建筑物2處，占據大部分場地，其中調蓄池尺寸長80.8m，寬37.6m，位于地下1.5m；進水泵站尺寸長20.3m，寬9.6m，位于地下1m。此外還零散布置檢查井、閥門井、通風井、配電箱等高出地面的永久配套建筑物15處。場地特殊的現狀條件對景觀方案影響很大。

3 項目難點

相較于其他市政景觀項目，本項目存在以下難點。首先是覆土水工建筑物及突出地面的永久配套設施對場地方案設計的干擾很大。節點廣場、園路需要對高出地面的閥門井、檢查井、通風井及配電箱等永久配套設施進行避讓，還需留足充足的綠地空間防止游人靠近，造成危險；其次是對植物樹種選擇的影響，依據《公園設計規范GB51192-2016》，調蓄池及取水泵站埋深小于1.5m，不滿足喬木種植所需土壤深度，僅能種植灌木及地被植物。綜上所述，該項目場地對測量的位置精度要求較高，需要精確確定各個水工建筑物在平面上的位置，避免對后續工作造成影響。

4 項目應用

由于該項目面積不大，無人機航測僅需操作人員1人即可，首先是外業前期準備工作，根據飛行器和相機的關鍵參數，結合項目的區域參數，優化飛機的航高、航速，制作控制點，確定飛控方式，根據照片拍攝重疊度要求確定航線，獲取航攝照片。具體步驟包括。(1)飛行方案的確定；平行航線飛行、定點旋轉飛行、繞建筑物飛等；(2)根據分辨率要求確定航高；(3)根據范圍任務規劃飛行區域、初擬航次起降點；(4)根據飛行時間確定電池用量，再根據電池電量、充電時長確定總體作業任務時間。

通過無人機攜帶的傾斜攝影系統，在較短時間內完成場地地形地貌信息數據的采集，再將所有帶有信息的照片導入ContextCapture軟件，編輯控制點、進行空間三角重建后生成三維實景模型，為場地測量的準確性提供數據基礎。

三維實景地模生成后便能利用ContextCapture軟件將模型數據導出為DEM高程數據文件，再將其導入ArcGIS，對現狀場地進行地形、坡度、朝向、匯水等分析，識別場地特征，為設計方案論證提供邊界約束條件，保證工程與水工建筑物及外圍區域有效銜接，減少對現狀周邊環境的影響。

最后在ArcGIS軟件中輸出DXF格式文件，通過CAD軟件打開后能在圖紙上顯示出地面水工建筑物的位置，后續方案設計工作便能在此基礎上迅速開展。

5 小型多旋翼無人機的優勢與劣勢

5.1 優勢

首先，小型多旋翼無人機尺寸小，便攜性強，能夠節省大量人力物力成本，根據項目體量，一般僅1～2人操作無人機即可；其次是易操作，無人機航測對操作人員專業測繪知識要求不高，僅需了解無人機操作、無人機主要參數和性能指標及無人機航攝相關知識即可；第三，無人機掛載的攝像系統配置很高，以本次所使用大疆精靈4Pro為例，其配備了1英寸2000萬像素影像傳感器，可拍攝4k/60fps幀率視頻，專為航拍設計的等效24mm，f/2.8廣角鏡頭由7組8片全玻璃鏡片組成，具備出色的圖像解析力；且無人機配備的實時圖傳系統能將圖傳距離達到8km，不需人員跟隨無人機移動，只需原地待在無人機起航點即可。

外業航飛工作完成后，內業數據分析僅需通過ContextCapture軟件便能完成，效率很高。基于無人機航拍的這組項目區實景照片通過軟件自動提取生成為數字化地形模型，三維實景模型能夠提供準確的地形地貌及場地內建筑物位置信息，為設計的準確性、科學性提供基礎，實現工程總體布置的有效控制。對于其他項目，如需有土方平衡需求或填挖方計算，還能利用三維實景模型準確確定豎向設計和自動準確計算工程量，這直接影響設計成果，對控制工程造價也起到關鍵作用。

后續方案平面設計完成后，通過方案建模也可與三維實景地模進行耦合，對方案能夠直觀控制；除此之外，利用三維實景模型進行一系列分析，圖面表達更加新穎直觀，增加方案匯報時的效果。在后續階段三維實景模型還能指導施工控制，

5.2 劣勢

小型多旋翼無人機所拍攝為正攝影像，視角單一，三維實景模型也是根據實景照片數據進行處理，因此，它對場地現狀也有一定要求，場地內如有現狀喬木、建筑物，影像只能拍攝到頂部，因此在三維實景圖像處理時便會產生破面，影像最終的三維實景模型效果。由于該項目進場航飛時屬于水工建筑物已開始施工階段，項目區內已進行場地平整，因此航飛影像質量并未受到較大影響。

除此之外，小型多旋翼無人機所攝實景照片并不帶有坐標位置信息，因此還需要業主方提供道路路網CAD，并進行手動校準，一定程度上增加了工作的繁雜性。

6 總 結

小型多旋翼無人機在景觀設計中的應用能夠極大縮短設計前期查勘工作時間，也不需派駐多人進行現場查勘，設計人員通過航飛回來的高精度實景照片便能隨時查看場地地貌，使他們能夠有更多的時間構思方案，提高設計效率；但現階段自身局限性導致其使用的局限性，對于山地植被茂密或構筑物密集等現狀較為復雜的區域，其拍攝的影像數據未能達到項目所需精度，這便還需要專業測繪人員利用專業設備進行測繪完成之后的數據。但總體而言，小型多旋翼無人機的巨大優勢能夠滿足中小型項目的需求，這也是它在景觀設計中能夠得到越來越廣泛使用的原因，它使景觀方案布置設計能相互協調、效果比選更方便快捷，設計準確度和效果的可控性得以顯著提高，極大地提高了生產效率和質量。