基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，其包括如下步骤：S1、点云数据获取；S2、对获取的点云数据进行预处理；S3、利用积分法进行土方量计算。本发明专利技术的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法测算精度高，工作效率好，可节约大量的人工成本。具体地，本发明专利技术的工程土方量测量方法采集原地表面密集点云高程数据和积分法计算土方量，该方法用少量像控点经过摄影测量解算，生成覆盖测区的密集点云数据，根据设定的土方测量边界和设计标高，用积分可获得精确的测量结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种土方量测量方法，尤其涉及一种基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法。
技术介绍
为了合理安排工程进度，准确计算工程费用，提高工程质量，通常需要高效、准确地计算土方量。工程土方测量是测绘工程应用中一个重要的组成部分，在土木工程建设中土方测量的准确性，直接影响工程的成本和进度，甚至是产生工程纠纷的主要因素，因此土方测量的质量在工程建设中起着至关重要的作用。在土方量测量过程中，需要首先对土方量测量数据进行采集，然后根据采集的数据进行土方量计算。目前，常用的土方测量数据采集方法有水准仪测量法、全站仪测量法、GPSRTK测量法、以及三维激光扫描测量法。其中，水准仪对地形起伏大、方格网布设困难的测区该方法就不适应了，同时，该方法的测量精度受方格网的密度的影响，方格网越密，精度就越高，相比其他土方测量法，其测量精度低，成本更高。全站仪测量法具有操作简单，仪器要求低等优点，适合测量面积较小和通视良好的测区，但一旦测区面积大和测区通视不好时，使用该方法测量时工作非常繁琐，且工作效率低下。GPSRTK测量法是当前土方测量中应用较多的一种方法，该方法不受距离和通视限制，且测量速度快、精度高，可全天候、全天时测量。但RTK信号受水面、高压线、树木、建筑物等影响，此时该方法就不适应了。三维激光扫描测量法作为一种新的技术，具有采集速度快、密度大、精度高、非接触和测量范围广等优点，但是由于该方法对于大区域的数据采集耗时较长，且三维扫描仪的价格十分昂贵，使之在一般土方工程当中应用较少。进一步地，目前，常用的土方量计算方法包括：方格网法、断面法以及数字地面模型法。然而，上述各计算方法中，还存在如下缺陷：方格网法土方测量要求测量格网节点的高程，这就需要预先进行方格网布设，然后再测量其节点高程，大大增加了工作量；断面法计算土方量的测量工作量一般较大，其精度与断面的间距和断面上高程点的选取有关使用数字地面模型法，使得外业作业人员工作量更大、强度更高。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，以克服现有技术中存在的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，其包括如下步骤：S1、点云数据获取；所述步骤S1包括：S11、在测区范围内布设像控点，并测量所述布设像控点的坐标值；S12、根据布设的像控点，利用无人机获取航摄影像数据；S13、对获取的影像数据、以及POS数据和像控数据进行处理，得到点云数据；S2、对获取的点云数据进行预处理；所述步骤S2包括：S21、对获取的点云数据进行格网化，形成格网化的点集数组；S22、对格网化后形成的点集数组中的待定点进行平滑滤波；S23、将测区范围分隔为多个凸多边形，并对测区范围的边界进行统一编码；S3、利用积分法进行土方量计算；所述步骤S3包括：S31、判断点集数组中的各点与测区范围的位置关系，当点云在任一凸多边形的内部或边界上时，对其对应的立方体体积进行计算；S32、基于步骤S31的计算结果，针对挖方和填方对应的土方量进行积分求和。作为本专利技术的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法的改进，所述步骤S11具体包括：根据测区范围向外扩展一定距离，测区范围按照9点法布设像控点，使用GPSRTK测量或全站仪精确测量布设像控点的坐标值。作为本专利技术的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法的改进，所述步骤S12具体包括：根据布设的像控点，设计无人机的航线，使其进行横纵双向重复飞行，以获取航摄影像数据。作为本专利技术的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法的改进，所述步骤S13具体包括：将获取的影像数据、以及POS数据和像控数据导入数字摄影测量工作站完成空三计算和密集点云生成，设置合理的点云输出间距，得到点云数据。作为本专利技术的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法的改进，所述步骤S21具体包括：获取测区边界平面坐标最大和最小值，并对其分别进行向上和向下取整到十位为(XMax，YMax)、(XMin，YMin)，然后按公式(1)根据设定的格网间距D计算网格行列数(R、C)，最后，按公式(2)对点云CP进行格网化，求取其所在的格网行列号，进而存储在点集GCPr，c(r＝1，...，R；c＝1，...，C)中，所有的点集GCPr，c共同构成点集数组GCP；其中，Pi为点云CP中的第i个点。作为本专利技术的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法的改进，所述步骤S22具体包括：设P为格网化后的点集数组GCP中的待定点，其所在的格网行列行为(i，j)，在相邻格网(i-1，j-1)、(i-1，j)、(i-1，j+1)、(i，j-1)、(i，j)、(i，j+1)、(i+1，j-1)、(i+1，j)、(i+1，j+1)中，求以P为圆心，半径为R的邻域内的所有点N，然后求得点P与其邻域内所有点的最大和最小梯度，按照公式(3)对待定点的高程值进行平滑处理，完成平滑滤波； Z P = 1 n Σ k = 1 n Z N k , T M a x 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，其特征在于，所述工程土方量测量方法包括如下步骤：S1、点云数据获取；所述步骤S1包括：S11、在测区范围内布设像控点，并测量所述布设像控点的坐标值；S12、根据布设的像控点，利用无人机获取航摄影像数据；S13、对获取的影像数据、以及POS数据和像控数据进行处理，得到点云数据；S2、对获取的点云数据进行预处理；所述步骤S2包括：S21、对获取的点云数据进行格网化，形成格网化的点集数组；S22、对格网化后形成的点集数组中的待定点进行平滑滤波；S23、将测区范围分隔为多个凸多边形，并对测区范围的边界进行统一编码；S3、利用积分法进行土方量计算；所述步骤S3包括：S31、判断点集数组中的各点与测区范围的位置关系，当点云在任一凸多边形的内部或边界上时，对其对应的立方体体积进行计算；S32、基于步骤S31的计算结果，针对挖方和填方对应的土方量进行积分求和。

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，其特征在于，所述工程
土方量测量方法包括如下步骤：
S1、点云数据获取；
所述步骤S1包括：
S11、在测区范围内布设像控点，并测量所述布设像控点的坐标值；
S12、根据布设的像控点，利用无人机获取航摄影像数据；
S13、对获取的影像数据、以及POS数据和像控数据进行处理，得到点云数
据；
S2、对获取的点云数据进行预处理；
所述步骤S2包括：
S21、对获取的点云数据进行格网化，形成格网化的点集数组；
S22、对格网化后形成的点集数组中的待定点进行平滑滤波；
S23、将测区范围分隔为多个凸多边形，并对测区范围的边界进行统一编码；
S3、利用积分法进行土方量计算；
所述步骤S3包括：
S31、判断点集数组中的各点与测区范围的位置关系，当点云在任一凸多边
形的内部或边界上时，对其对应的立方体体积进行计算；
S32、基于步骤S31的计算结果，针对挖方和填方对应的土方量进行积分求
和。
2.根据权利要求1所述的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，其特
征在于，所述步骤S11具体包括：
根据测区范围向外扩展一定距离，测区范围按照9点法布设像控点，使用
GPSRTK测量或全站仪精确测量布设像控点的坐标值。
3.根据权利要求1所述的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，其特
征在于，所述步骤S12具体包括：
根据布设的像控点，设计无人机的航线，使其进行横纵双向重复飞行，以
获取航摄影像数据。
4.根据权利要求1所述的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，其特
征在于，所述步骤S13具体包括：
将获取的影像数据、以及POS数据和像控数据导入数字摄影测量工作站完
成空三计算和密集点云生成，设置合理的点云输出间距，得到点云数据。
5.根据权利要求1所述的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，其特
征在于，所述步骤S21具体包括：
获取测区边界平面坐标最大和最小值，并对其分别进行向上和向下取整到
十位为(XMax，YMax)、(XMin，YMin)，然后按公式(1)根据设定的格网间距D计算网
格行列数(R、C)，
最后，按公式(2)对点云CP进行格网化，求取其所在的格网行列号，进
而存储在点集GCPr，c(r＝1，...，R；c＝1，...，C)中，所有的点集GCPr，c共同构成点集
数组GCP；
其中，Pi为点云CP中的第i个点。
6.根据权利要求1所述的基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法，其特
征在于，所述步骤S22具体包括：
设P为格网化后的点集数组GCP中的待定点，其所在的格网行列行为(i，
j)，在相邻格网(i-1，j-1)、(i-1，j)、(i-1，j+1)、(i，j-1)、(i，j)、(i，j+1)、
(i+1，j-1)、(i+1，j)、(i+1，j+1)中，求以P为圆心，半径为R的邻域内的
所有点N，然后求得点P与其邻域内所有点的最大和最小梯度，按照公式(3)
对待定点的高程值进行平滑处理，完成平滑滤波；
Z P = 1 n Σ k = 1 n Z N k , T M a x - T M i n > T h Z P = Z P , T M a x - T M i n ≤ T h ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱彩英，陈良浩，朱杰，施尊淳，刘晨亮，王道亮，巩金忠，
申请(专利权)人：昆山数字城市信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32