無人機測繪技術在建筑工程測量中的應用

柯珂 蚌埠市勘測設計研究院

1 前言

無人機測繪技術（UAV），具體是利用無線遙感技術操控飛行設備，在施工范圍內進行建筑主體結構的巡航拍攝，采集全部數據信息，利用無線傳輸設備發送到終端設備，再通過計算機整理與分析。在無人機技術高速發展的背景下，很多大型建筑都開始全面應用無人機測繪技術，在測量領域發揮出重要的作用，降低測量工作難度，還能規避外部環境的干擾，從而縮短測量時間，提高測量效率。無人機技術的全面應用，獲取各項數據信息，綜合處理各項數據，顯得更加直觀、準確，對于提升建筑工程的測量水平有重要意義，為項目的順利建設施工打下基礎。

2 無人機測繪技術概述

2.1 無人機技術基本原理

無人機遙感技術是以無人機技術為基礎進行的，融合遙感技術等相應的通信技術，形成空間遙感技術體系。該技術應用到測量領域內，可以快速獲取信息，加強環境監測，獲得地形地貌信息。在無人機遙感技術廣泛研究與發展下，很多先進技術投入使用，提高了技術應用水平和效果。遙感技術體系內有遙感器、輸入設備、輸出設備、遙感信息處理平臺等核心設備，目前應用范圍較大，完全符合信息處理和使用的需要。

遙感技術和無人機技術有效的融合，在工程測量方面發揮出重要的作用，其主要優勢是測量范圍大、速度快、信息準確。在無人機遙感技術廣泛應用的背景下，很多技術人員都投入技術研發和應用中，這使得該項技術取得更加快速的發展。目前的無人機遙感技術不斷發展，技術體系日益改革和完善，主要包含地面控制系統、飛行系統、任務系統等幾個部分，達到協調和處理的效果，具體如圖1所示。

2.2 無人機遙感技術的類型

無人機設備的外形并不是固定的，而是多樣化的，目前廣泛應用的主要是以下幾種類型。第

一，固定翼無人機。該形式的機翼是固定的，無法進行改變和調整，但是尺寸比較小，拆卸也非常方便，在運行時噪聲比較小、隱蔽性強，通過存儲電能的設備帶動無人機飛行。

第二，無人直升機。與傳統的直升機類似，升降形式相同，設備包含多個螺旋槳，可以在空中穩定的懸停，從而在特定的高度下進行全面的勘測，可以提升測量的效率和質量，數據精度也更高。

第三，無人機飛艇。該設備是通過空氣中上升的漂浮力實現飛行，可以在地面上控制飛機的飛行狀態，其應用范圍也比較大。無人機遙感技術的合理應用，數據處理效果比較好，并且實現低空采集數據信息，確保數據傳輸的效率和質量，拍攝的照片分辨率也比較高，達到使用的要求。

2.3 無人機遙感技術的優點

2.3.1 監測尺度大

無人機遙感技術應用到測量領域內，可以快速完成較大范圍內物體的測量工作，獲得準確的數據信息，也可以在小范圍內測量，靈活調整測量區域。因此，無人機遙感技術的測量范圍可以根據實際情況做出調整，屬于可控范圍內，完全達到使用的要求。同時，應用無人機遙感技術能夠直觀地反映出被測量區域內的實際情況，給工作人員提供技術上的支持；及時發現系統存在的問題，快速做出反應和處理，得出更加精準的數據信息。

2.3.2 監測效率高

無人機遙感技術應用到監測工作中，效率也非常高，尤其是在一些緊急事故的監測中，可以快速做出反應，消除事故的影響。無人機遙感技術監測效率很高，應對突發事件產生非常好的效果，快速掌握現場的具體情況，合理有效地應對突發性事故，解決存在的事故問題。

2.3.4 系統兼容性高

在建筑工程測量中，使用單一的測量技術，容易發生數據遺漏、偏差等問題，所以需要綜合使用多種技術。因此，應用單一的無人機遙感技術進行測量，也無法達到使用的需要。為了能夠快速獲取各項數據信息，聯合其他的遙感技術同時測量可以達到非常好的效果。無人機遙感技術具備較高兼容性，為其他測量技術聯合使用提供基礎。

2.3.5 影像獲取方便快捷

在無人機遙感技術進行測量時，影像資料的獲取并不需要專業的設備即可實現，通常會搭載一些分辨率較高的數碼相機拍攝影片。在拍攝或者處理環節，對人員的素質要求也不高，只需要簡單的培訓即可進入崗位工作，提高工作質量和水平。

3 無人機遙感系統在工程測量中的主要操作流程

3.1 收集與整理資料

無人機遙感系統在接收到任務后，對任務進行調查，確定任務和目標，采用飛行平臺和遙感設備，調查區域的地質和氣候條件，從而選擇無人機遙感工作最佳時間。收集地面資料，結合野外勘探的方式，整合所有的數據。

3.2 選擇起飛場地

在調查區域確定以后，選擇合適的無人機飛行平臺，在開闊的平地或者公路上進行無人機的起飛，保障設備和人員處于安全的情況下進行飛行工作，確保無人機順利的起飛與降落。針對飛行存在一定的不可預見性和安全隱患，在無人機試飛作業開展環節中，應該合理選擇起飛和降落場地，勘察起飛和降落場地。無人機起飛和降落場地的要求不高，但是要著重考慮安全問題，有效防止各類意外事故的發生。

3.3 設計飛行方案

合理的起飛方案可以有效減少無人機起飛的次數和時間，在對區域位置和信息了解的基礎上，充分結合飛行效率，在目標區域全面覆蓋的基礎上，有效地減少航路，從而全面進行影像資料的獲取。

3.4 檢查機載飛行控制系統

無人機飛行環節中，遙感設備裝置在其中，每個起飛和落地環節中，都應該對無人機的各個部件展開緊密的檢查和排查工作，確保無人機在儀器設備處于正常運行的情況下，才能提升無人機遙感作業的成功率。

3.5 飛行質量和影響質量檢查

無人機飛行結束后，應該檢查無人機的飛行質量和遙感影像獲取的質量，從而獲得高質量的原始數據，方便后期數據的處理。在無人機遙感數據獲取環節中，由于在高空中氣流的產生，會導致無人機飛行不穩定，無人機會出現偏行的問題。在對無人機質量檢查的環節中，應該有效的計算無人機的重疊度和傾角，在影像質量檢查中應該充分分析影像的色彩和飽和度。

3.6 飛行資料整理

在對無人機影像資料進行數據處理之前，要先對資料進行整合。收集無人機飛行的航線資料和飛行的姿態參數，以及原始的影像資料，從而確保各類數據的高效處理。

3.7 測繪數據收集

分析了解測繪主體的不同，無人機遙感測繪技術有手動收集、自動加密信息收集的模式。通過計算機控制方式的應用，工作人員結合實際情況做出合理調整，并記錄勘察信息，準確進行無人機控制，使得信息和數據更加準確。在具體測量環節，通過無人機遙感技術把相應測量后的信息存儲到無人機內，并落實信息的加密處理，在獲取了相應權限后，即可開展無人機測繪數據的合理應用，大幅提升測繪系統的安全性。

3.8 測繪數據處理

無人機體積較小，搭載數碼相機后，設備不能出現規則性排列，這樣使得無人機拍攝獲取的照片出現疊加的情況，尤其是無人機在轉角、俯沖拍攝的環節，因為角度有較大的偏差，圖像疊加的情況比較常見，所以拍攝的效果也比較差，變形、重疊的問題較為常見。無人機上的數碼相機拍攝時，可以自動變焦。為了提高拍攝質量和效果，無人機拍攝可以根據需要調整變焦系數，以獲取更加清晰、準確、全面的圖像數據信息，為人們正常使用提供基礎。

4 無人機遙感技術在建筑工程測量中的應用

4.1 實際項目概況

某項目是大型綜合服務中心，包含技術研發區、產品交易區、產品展示區等，項目設計為超高層建筑形式。該項目占地2.33萬平方米，總建筑面積為17.2萬平方米，包含地上17層，地下2層，主體高度83.75m。項目設計為異型形式，外形并不規則，平面凹凸變化較大，立面則應用金屬、石材、玻璃等多種幕墻材料。

經過分析，建筑結構形式比較復雜，地下建筑施工量大，作業面比較多，且施工難度高，需要選用先進技術才能滿足要求。

4.2 無人機測繪技術在建筑工程測量中的具體應用

4.2.1 測繪影像資料的獲取

應用無人機設備進入施工作業現場進行航空拍攝，飛行到一定高度上，工作人員根據測量需要在特定位置上懸停，并拍攝影像文件，獲得施工區域正中位置上的圖片信息，反映出現場施工的具體進度。

技術人員操控無人機在水平、45°、垂直方向拍攝施工區域內的圖像，每個方向上拍攝的照片都要與上一方向有1/3以上的重合。然后通過系統內的全景拼合軟件，將連續拍攝的照片處理，從而合成全景圖片，圖片經過Photoshop再處理，可以最終反映出實際的場景。全景圖片能夠及時了解現場的實際情況，并且全方位的調整瀏覽，與相關單位人員溝通交流時，可以準確掌握現場的情況，對加強施工管理有重要的意義。

4.2.2 測繪數據的采集處理

無人機測繪工作實施前，技術人員必須檢查設備硬件，并且操控無人機的飛行狀態。在無人機飛行達到平穩性的要求后，開啟自主飛行模式，無人機會自動根據設置的航線自動飛行拍攝。在飛行到最后航點位置后，無人機會自動識別并自動開啟返航模式，自動飛行到預設的起點位置，這就完成整個采集的過程。

無人機首次測繪工作結束后，為了能夠提高測繪數據的準確性，還要對各項數據進行二次數據采集，從而防止因為無人機飛行時沒有按照預設的路線，而造成數據準確性不足。無人機測繪技術較之人工方式來說，其測繪獲取的數據信息更具時效性，可以實現信息和數據的共享，采集也會更加的方便，數據量比較大，完整性更好，且不需要較大的作業空間，操控靈活度較高（見表1）。

表1 實況測量和無人機測量的比較結果

無人機測繪技術獲得的數據，需要傳輸到終端設備進行處理，這是滿足使用的重要環節。首先將無人機拍攝獲取的圖片導入到計算機內，并通過計算機軟件處理，主要是通過相鄰照片重合部分的處理可以組合形成整體。根據Exif元數據，確定具體的照片方向，并進行圖像采集和處理。在每個處理環節中，都要處理具體的參數。

4.2.3 三維實景建模工程實現

根據三維實景建模方面的要求，利用Altizure建模平臺給無人機確定航拍參數信息，因為拍攝的圖片有一定的重合度，模型細節方面的要求較高，所以在本次無人機測繪中，圖片重合率設定為80%~90%才能獲得最佳的效果。在參數設定合適后，操控無人機開始自動拍攝，規劃飛行航線，并完成系統自動拍攝。拍攝完成后，將照片傳輸到ContextCapture建模軟件即可形成模型。

三維實景建模工作結束后，工作人員能夠及時獲取各個建筑結構的尺寸信息，并根據BIM模型幫助設計人員進行現場三維建模，對現場起到指導性作用。同時，技術人員對現場情況有足夠的了解，對規劃設計、施工管理以及竣工驗收起到積極作用。

5 結束語

無人機測繪技術應用到建筑工程測量工作中，有著非常明顯的優勢，提高測繪的效率和質量，大幅提升測繪水平，滿足工程的管理需要。未來科技不斷發展，無人機測繪技術必然會大幅提升，將其更好的應用到實踐中，對我國社會高速發展產生積極意義。