无人机测量技术在建筑工程测量教学中的应用分析

谢 桂 娟

(万博科技职业学院，安徽 合肥 230031)

0 引言

工程测量不仅是建筑施工的先行军，而且贯穿到工程项目从勘察规划设计到运营维护的整个过程当中，因此建筑施工离不开测量技术的支持。目前高职院校建工相关专业的人才培养方案中都将《建筑工程测量》课程作为专业基础课纳入到了课程设置当中，学生需要掌握地形图测绘、施工放样及变形监测等方面的知识和技能。

考虑到工程测量技术在日新月异地发展变化，从传统的光学测量到电子测量，再发展到现在的3S技术和无人机测量，高职院校作为培养技术型应用人才的基地，在其相关课程授课内容的选择上要不断的根据相关领域技术的新发展进行调整，而无人机测量技术作为工程测量的新技术，越来越多地应用到了建筑施工的各个阶段，因此高职院校建工相关专业有必要在授课过程中增加无人机测量技术应用的教学内容，以便让学生掌握和本专业相关的技术发展前沿知识。

1 工程测量课程传统教学内容

工程测量作为建工相关专业的专业基础课，其授课内容主要包括水准测量(光学水准仪和电子水准仪的应用)、角度测量(光学经纬仪和电子全站仪的应用)、距离测量(光电测距)、小区域控制测量(全站仪和GPS的应用)、地形图基本知识及测绘、施工测量、变形观测和竣工测量几大部分。虽然涵盖的内容比较完整，但是随着测量技术的发展，教材所涉及到的有些测量技术和仪器已经逐渐被淘汰，而目前的授课内容除了在小区域控制测量章节中介绍了GPS测量技术外，其他章节都以介绍传统的光学测量为主。虽然光学测量原理是其他相关理论知识建立的基础，但是学生需要在掌握基本原理知识的基础上，还有必要了解测量技术发展的新技术新趋势，掌握先进的现代测量技术和手段，这样才能在实际工作中具有解决问题的能力。

2 无人机测量技术现状

无人机测量技术是传统航空摄影测量手段的有力补充，而高效的无人机测量技术的应用使我们的工作方法和方式都在逐步发生改变。无人机测量具有灵活机动性、高效迅速性、优良的安全性、影像的高分辨率、系统成本和维护费用低、应用范围广、生产周期等优点。特别是随着数码相机技术的快速发展，基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势，无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向。无人机测量可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景[1]。2015年天津港爆炸事件，无人机实现了对灾情现场的实时监控。在无人机的测量方面，近年来低空遥感技术对1 000 m以下的低空进行了较为全面的探测，在低空下实现了灵活机动，特别是在对问题的处理上，准确度也大大地得到了提高，并积累了很多工程测量经验，对于提高无人机测量技术有着重要的指导性意义，可以显著提高测量应急服务保障水平，对数字化建设有着重要性地指导意义，社会的管理效能得到了快速地提高[2]。

3 无人机测量技术在工程建设领域中的应用列举

无人机测量技术的发展也使工程建设各个阶段的作业方法正发生着很大的变化，它能为工程前期规划设计、工程施工、竣工验收测量以及后期的运营维护提供高效的，实时的、可靠的基础数据，具体实施流程如图1所示。

3.1 在勘察规划阶段中的应用

任何工程都是从勘察规划阶段开始，在这个阶段最重要的工作就是测绘最新的满足比例尺要求的地形图。目前测绘地形图的主要作业方式是数字化测图(Digital Surveying Mapping,简称DSM)，即先利用全站仪和GPS建立图根控制网，然后主要以GPS-RTK动态测量技术进行碎步测量，在接收不到卫星信号的局部测区利用全站仪进行补充测量手段进行野外数据的采集，室内作业利用各种成图软件(如目前应用最为广泛的南方CASS)进行测量数据的展绘、编辑，从而生成符合相关标准要求的地形图。和传统的测绘方式比，这种技术具有采集速度快、自动化程度高、一定程度上减轻了作业人员的劳动强度等特点，但是如果现场出现一些极端地形如陡坡等，在作业人员则无法到达作业现场或者徒步测量存在安全隐患的情况下，这种作业方法就表现出了一定的局限性，如果采用无人机测量技术就可以解决以上问题。如图2所示为某区域用无人机测量获取的地形数据，利用软件处理后即可得到该地区的最新地形图。除此之外选择无人机测绘技术测图具有作业成本低、作业时间短、作业范围广、作业速度快、成果精度高等优势。在这项技术的支持下，项目建设者在规划设计阶段的相关分析准确性就能大大提高，从而能决策出更优化的设计方案。

3.2 在施工阶段的应用

大部分工程施工都是从场地的平整开始，作为施工单位需要计算出具体的土方量进行土方平衡设计。虽然利用传统的测量方法，如水准测量、三角高程测量、GPS工程测量均能以不同的精度完成此项作业，但是这些作业方式只能进行单点测量，数据采集速度慢，作业人员劳动强度高，成果多为平面二维形态，导致后期计算土方量工作效率低，且不能进行动态分析导致方案优化困难，而无人机测量技术又能在土方量的测量中发挥重要的作用。首先利用无人机测量技术可以快速地获取施工场地的地形数据，如图3所示，然后由软件全自动建立测区的三维数字地表模型，对影像数据利用像控点坐标进行解算进而获取测区任意测点的实际坐标，最终计算具体的挖填土方量。这种作业方式极大地缩短了施工前准备工作的周期，也保证了工期目标的顺利实现，从而有效地降低了施工造价。

3.3 在运行维护阶段中的应用

施工结束后工程通过竣工验收后才能投入使用，在这个阶段可以利用无人机测量技术完成竣工图的测绘工作，原理和规划设计阶段的测图一样，通过无人机测量获取工程项目的实时影像数据，利用软件进行影响匹配、结合像控点坐标进行空三解析计算建立三维模型，最终得到需要的大比例尺地形图。

3.4 在其他方面的应用

在建筑工程领域，无人机测量技术和BIM技术的结合也给工程建设带来了很大的变化。通过无人机测量技术获取高精度的地形数据，利用BIM技术当采集到的信息纳入到数据库，以便实现信息的可视化分析，进行各种相关的评估，从而保证工程项目相关人员做出及时而正确的决策。无人机测量技术除了在建筑工程领域中的应用越来越广泛外，在城市更新基础数据调查、土地确权、不动产登记、文物修护、矿山测绘等方面也发挥着越来越重要的作用。

4 结论

通过上述分析，可以看出无人机测量技术能为工程寿命周期的各个阶段提供地形基础数据，和传统的测量方法相比，从精度、速度、成本各方面都具有明显的优势，因此在建筑工程领域具有十分重要的应用前景。作为培养建筑施工技术型人才的高职院校只有意识到这项技术给建筑施工作业方法带来的影响，对学生的培养方案和授课计划做相应的调整，在《建筑工程测量》课程中实时地增加无人机测量技术教学内容，让学生了解和自己专业相关领域的科技前沿知识，掌握先进的操作技能，才能真正为社会培养综合能力较高的复合型人才，缩短高职教育输出和企业输入要求的差距，从而提升建工相关专业毕业生的就业竞争力。