传统的土石方测量多采用全站仪、GNSS-RTK等测量仪器采集特征点坐标，三角网法、方格网法、等高线法和两期高程法等进行土石方量计算，外业人工采集数据耗时耗力，尤其在地形条件较复杂的区域，工作困难，通常不能采集到作业区域的全部特征点，影响土石方计算精度[1-3]，因此选择高效满足精度要求的外业数据采集方式十分重要。近几年，无人机倾斜摄影测量技术广泛应用到工程建设中，该技术是以无人机为飞行平台并搭载专业航测相机，通过航拍获取目标物清晰完整的影像数据，改变了传统的航拍技术的限制，有效提高三维模型生产效率，可以反映地面实物的实际情况，降低了三维建模数据获取的时间、人力和经济成本[4-6]。本文对无人机倾斜摄影测量技术进行土石方量测量外业数据采集和内业土石方量计算方法的应用，并对土石方量计算结果进行精度和效率验证，应用结果对创新土石方测量具有一定参考价值。1整体技术流程设计无人机倾斜摄影土石方量计算整体技术流程包括外业影像数据采集、实景三维建模及土石方量计算和对比3个部分。外业应用无人机通过多架次5个角度对目标对象进行影像数据采集，再通过数据预处理、空中三角测量、影像密集匹配、构建TIN模型、纹理自动映射等自动化过程生成三维模型，在实景三维模型基础上进行土石方量计算，再进行精度和效率对比。整体技术路线如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.012.F001图1整体技术路线从整体技术路线可以看出，倾斜摄影测量技术在数据获取效率、采集范围、采集精度上具有一定优势，数据后处理自动化程度高，确保了外业作业的安全性和工作效率。2外业数据采集及三维模型重建2.1作业区概况实验测区为某隧道工程弃渣场，测区总面积约为40 000 m2，为获得该弃渣场弃渣容积，需对该弃渣场进行土石挖填方量测量，但测区坡度大，交通不便，传统人工外业测量较为困难。因此，采用专业无人机搭载专业航测相机，基于倾斜摄影测量技术获取该区域的实景三维模型。2.2目标区域外业数据采集本次外业数据采集设备为大疆精灵4RTK无人机，该款是小型多旋翼高精度航测无人机，面向低空摄影测量应用，单次飞行最大作业面积约1 km2，具备厘米级导航定位精度和高性能成像系统，有效像素2 000万（总像素2 048万），整体能够满足《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图航空摄影测量内业规范》（GB/T 7930—2008）的精度要求。外业航飞数据采集如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.012.F002图2外业航飞数据采集确定任务区域及需要采集的区域范围，了解周边建筑物、树木等地物位置、数量、高度和空间关系等信息；准备设备，选择合适的无人机和倾斜摄影设备，并进行预熟练操作和检测，保证设备正常工作；数据采集，外业分别调整摄像头倾角为5°、30°、45°和60°进行多架次倾斜影像数据采集，利用地面站控制进行5个架次倾斜影像数据采集，航线重叠设置为80%，旁向重叠设置为70%，所有架次均设置“井”字形的飞行路线。由于目标区域周围较为空旷，无人机倾斜摄影高度设置为80 m，获取目标体航测影像数据。2.3三维模型重建倾斜摄影数据处理采用商业化国产自主研发的瞰景Smart 3D实景三维建模处理软件，该软件集成度高，内业数据处理人工干预较少，人工主要干预的是刺点和参数设置。新建工程项目，根据项目名称和时间日期命名工程名。导入航拍照片及对应POS数据，如果POS数据和照片是在两个不同文件存放，需要分别导入，并且确保照片名称与POS名称和数量一致，导入POS数据可以和对应照片匹配；如果POS数据保存在照片中，只需要导入照片，软件自动读取照片中存储的照片位置信息。本次采用大疆精灵4RTK航拍作业，POS在照片中保存，导入照片的同时也将POS导入。相机参数主要包括5个镜头的焦距、传感器尺寸和相机类型等，根据相机厂商或鉴定机构提供的参数进行设置，下视镜头和倾斜镜头的焦距不同。测区内没有特征点不显著区域即弱纹理区域，如大面积水域和植被，连接点密度选择“普通”，同名点匹配模式选择“默认”；如果测区有弱纹理区域，连接点密度选择“高”，同名点匹配模式选择“加强”，自由网空三成功率较高，但是效率会降低，随着照片数量增多，效率急剧下降。连接点和相机外参选择“计算”，颜色一致性选择“禁用”，其他参数保持默认设置。自由网空三完成后，观察点云数据是否有分层，确保点云数据没有分层，查看报告中的两个指标，一是数据集，照片参与计算率，不低于90%合格；二是RMS值，即重新投影值，小于0.8合格，本次自由网空三成果合格。自由网空三合格后，在导入像控点坐标过程中需要选择坐标系统，其坐标系统和外业RTK像控点测量坐标系一致，同时要注意像控点X、Y轴方向。为了确保精度，每个像控点至少刺15张，且分布在不同镜头方向和不同航带上，提高刺点的精度和可靠性。再次提交空三进行约束，将点云坐标系由WGS84转换到像控点坐标系。约束空三跑完，检查像控点精度，所有点满足精度要求后进行实景三维建模，如果像控点精度不合格，一般是刺点不合格，比如位置刺错，需要逐点排查直至找到刺错的点位，纠正后重新进行约束网空三。经过上述流程可以得到还原现场的实景三维模型。像控点刺点如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.012.F003图3像控点刺点3土石方量计算及对比分析3.1土石方量计算填挖方量计算，在南方CASS11软件中加载建好的实景三维模型。模型提取高程点如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.012.F004图4模型提取高程点在模型上采集高程点，CASS11提供了3种采集高程点方式：点选，在模型上手动采集点，类似外业用RTK采集点；线上提取，主要针对线性地物，紧贴模型，按照一定间距批量提点；面选，在裸露地表区域框选范围，输入间距批量提取高程点。在模型上提取高程点的过程中，要注意避开植被、树木和房屋，确保提取的高程点在裸露地表上。在测区范围内均匀提取完高程点，利用南方CASS软件“工程应用”菜单选择“三角网法土石方量计算”，根据设计文件输入设计标高及坡度，计算出填挖方量。弃渣场容积计算如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.012.F005图5弃渣场容积计算经计算，该弃渣场测区挖方量为45 165.68 m3，填方量为180 911.35 m3。3.2对比分析为检验模型提取高程点的精度和可靠性，在模型裸露的地表和硬质路面上选取一部分高程点，用RTK在外业对应位置进行实测，将二者进行对比分析，本次共选取50个点进行对比分析。模型高程点和RTK实测高程点对比如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.012.T001表1模型高程点和RTK实测高程点对比点号模型提取高程点/mRTK实测高程点/m差值/mm点号模型提取高程点/mRTK实测高程点/m差值/mm11 121.069 61 121.072 6-3261 114.734 01 114.757 0-2321 129.089 21 129.077 212271 114.770 31 114.765 35…………………………………………231 119.970 31 119.971 3-1481 132.852 21 132.838 214241 114.502 01 114.490 012491 150.762 21 150.767 2-5251 114.939 81 114.940 8-1501 153.956 81 153.960 8-4在裸露地表和硬质路面上提取的高程点值与RTK实测高程点值，普遍差值均小于20 mm，个别差值超过20 mm，基本呈现正态分布。在实景三维模型上提取的高程点值计算土石方量不仅能满足精度要求且效率提升，为工程高效决策、施工提供了技术保障。4结语本文基于无人机倾斜摄影测量技术进行土石方量测量，并以某隧道工程弃渣场为例进行验证。结果表明，倾斜摄影测量技术具有经济、高效、轻便等特点，通过倾斜摄影作业降低了作业人员的野外调绘风险和作业成本，对比常规测量方法可以节省大量外业数据采集时间，具有较大的应用优势，可为后续相关土石方量工程项目计算提供技术参考依据。