无人机测绘技术在建筑工程测量中的应用

柯珂 蚌埠市勘测设计研究院

1 前言

无人机测绘技术（UAV），具体是利用无线遥感技术操控飞行设备，在施工范围内进行建筑主体结构的巡航拍摄，采集全部数据信息，利用无线传输设备发送到终端设备，再通过计算机整理与分析。在无人机技术高速发展的背景下，很多大型建筑都开始全面应用无人机测绘技术，在测量领域发挥出重要的作用，降低测量工作难度，还能规避外部环境的干扰，从而缩短测量时间，提高测量效率。无人机技术的全面应用，获取各项数据信息，综合处理各项数据，显得更加直观、准确，对于提升建筑工程的测量水平有重要意义，为项目的顺利建设施工打下基础。

2 无人机测绘技术概述

2.1 无人机技术基本原理

无人机遥感技术是以无人机技术为基础进行的，融合遥感技术等相应的通信技术，形成空间遥感技术体系。该技术应用到测量领域内，可以快速获取信息，加强环境监测，获得地形地貌信息。在无人机遥感技术广泛研究与发展下，很多先进技术投入使用，提高了技术应用水平和效果。遥感技术体系内有遥感器、输入设备、输出设备、遥感信息处理平台等核心设备，目前应用范围较大，完全符合信息处理和使用的需要。

遥感技术和无人机技术有效的融合，在工程测量方面发挥出重要的作用，其主要优势是测量范围大、速度快、信息准确。在无人机遥感技术广泛应用的背景下，很多技术人员都投入技术研发和应用中，这使得该项技术取得更加快速的发展。目前的无人机遥感技术不断发展，技术体系日益改革和完善，主要包含地面控制系统、飞行系统、任务系统等几个部分，达到协调和处理的效果，具体如图1所示。

2.2 无人机遥感技术的类型

无人机设备的外形并不是固定的，而是多样化的，目前广泛应用的主要是以下几种类型。第

一，固定翼无人机。该形式的机翼是固定的，无法进行改变和调整，但是尺寸比较小，拆卸也非常方便，在运行时噪声比较小、隐蔽性强，通过存储电能的设备带动无人机飞行。

第二，无人直升机。与传统的直升机类似，升降形式相同，设备包含多个螺旋桨，可以在空中稳定的悬停，从而在特定的高度下进行全面的勘测，可以提升测量的效率和质量，数据精度也更高。

第三，无人机飞艇。该设备是通过空气中上升的漂浮力实现飞行，可以在地面上控制飞机的飞行状态，其应用范围也比较大。无人机遥感技术的合理应用，数据处理效果比较好，并且实现低空采集数据信息，确保数据传输的效率和质量，拍摄的照片分辨率也比较高，达到使用的要求。

2.3 无人机遥感技术的优点

2.3.1 监测尺度大

无人机遥感技术应用到测量领域内，可以快速完成较大范围内物体的测量工作，获得准确的数据信息，也可以在小范围内测量，灵活调整测量区域。因此，无人机遥感技术的测量范围可以根据实际情况做出调整，属于可控范围内，完全达到使用的要求。同时，应用无人机遥感技术能够直观地反映出被测量区域内的实际情况，给工作人员提供技术上的支持；及时发现系统存在的问题，快速做出反应和处理，得出更加精准的数据信息。

2.3.2 监测效率高

无人机遥感技术应用到监测工作中，效率也非常高，尤其是在一些紧急事故的监测中，可以快速做出反应，消除事故的影响。无人机遥感技术监测效率很高，应对突发事件产生非常好的效果，快速掌握现场的具体情况，合理有效地应对突发性事故，解决存在的事故问题。

2.3.4 系统兼容性高

在建筑工程测量中，使用单一的测量技术，容易发生数据遗漏、偏差等问题，所以需要综合使用多种技术。因此，应用单一的无人机遥感技术进行测量，也无法达到使用的需要。为了能够快速获取各项数据信息，联合其他的遥感技术同时测量可以达到非常好的效果。无人机遥感技术具备较高兼容性，为其他测量技术联合使用提供基础。

2.3.5 影像获取方便快捷

在无人机遥感技术进行测量时，影像资料的获取并不需要专业的设备即可实现，通常会搭载一些分辨率较高的数码相机拍摄影片。在拍摄或者处理环节，对人员的素质要求也不高，只需要简单的培训即可进入岗位工作，提高工作质量和水平。

3 无人机遥感系统在工程测量中的主要操作流程

3.1 收集与整理资料

无人机遥感系统在接收到任务后，对任务进行调查，确定任务和目标，采用飞行平台和遥感设备，调查区域的地质和气候条件，从而选择无人机遥感工作最佳时间。收集地面资料，结合野外勘探的方式，整合所有的数据。

3.2 选择起飞场地

在调查区域确定以后，选择合适的无人机飞行平台，在开阔的平地或者公路上进行无人机的起飞，保障设备和人员处于安全的情况下进行飞行工作，确保无人机顺利的起飞与降落。针对飞行存在一定的不可预见性和安全隐患，在无人机试飞作业开展环节中，应该合理选择起飞和降落场地，勘察起飞和降落场地。无人机起飞和降落场地的要求不高，但是要着重考虑安全问题，有效防止各类意外事故的发生。

3.3 设计飞行方案

合理的起飞方案可以有效减少无人机起飞的次数和时间，在对区域位置和信息了解的基础上，充分结合飞行效率，在目标区域全面覆盖的基础上，有效地减少航路，从而全面进行影像资料的获取。

3.4 检查机载飞行控制系统

无人机飞行环节中，遥感设备装置在其中，每个起飞和落地环节中，都应该对无人机的各个部件展开紧密的检查和排查工作，确保无人机在仪器设备处于正常运行的情况下，才能提升无人机遥感作业的成功率。

3.5 飞行质量和影响质量检查

无人机飞行结束后，应该检查无人机的飞行质量和遥感影像获取的质量，从而获得高质量的原始数据，方便后期数据的处理。在无人机遥感数据获取环节中，由于在高空中气流的产生，会导致无人机飞行不稳定，无人机会出现偏行的问题。在对无人机质量检查的环节中，应该有效的计算无人机的重叠度和倾角，在影像质量检查中应该充分分析影像的色彩和饱和度。

3.6 飞行资料整理

在对无人机影像资料进行数据处理之前，要先对资料进行整合。收集无人机飞行的航线资料和飞行的姿态参数，以及原始的影像资料，从而确保各类数据的高效处理。

3.7 测绘数据收集

分析了解测绘主体的不同，无人机遥感测绘技术有手动收集、自动加密信息收集的模式。通过计算机控制方式的应用，工作人员结合实际情况做出合理调整，并记录勘察信息，准确进行无人机控制，使得信息和数据更加准确。在具体测量环节，通过无人机遥感技术把相应测量后的信息存储到无人机内，并落实信息的加密处理，在获取了相应权限后，即可开展无人机测绘数据的合理应用，大幅提升测绘系统的安全性。

3.8 测绘数据处理

无人机体积较小，搭载数码相机后，设备不能出现规则性排列，这样使得无人机拍摄获取的照片出现叠加的情况，尤其是无人机在转角、俯冲拍摄的环节，因为角度有较大的偏差，图像叠加的情况比较常见，所以拍摄的效果也比较差，变形、重叠的问题较为常见。无人机上的数码相机拍摄时，可以自动变焦。为了提高拍摄质量和效果，无人机拍摄可以根据需要调整变焦系数，以获取更加清晰、准确、全面的图像数据信息，为人们正常使用提供基础。

4 无人机遥感技术在建筑工程测量中的应用

4.1 实际项目概况

某项目是大型综合服务中心，包含技术研发区、产品交易区、产品展示区等，项目设计为超高层建筑形式。该项目占地2.33万平方米，总建筑面积为17.2万平方米，包含地上17层，地下2层，主体高度83.75m。项目设计为异型形式，外形并不规则，平面凹凸变化较大，立面则应用金属、石材、玻璃等多种幕墙材料。

经过分析，建筑结构形式比较复杂，地下建筑施工量大，作业面比较多，且施工难度高，需要选用先进技术才能满足要求。

4.2 无人机测绘技术在建筑工程测量中的具体应用

4.2.1 测绘影像资料的获取

应用无人机设备进入施工作业现场进行航空拍摄，飞行到一定高度上，工作人员根据测量需要在特定位置上悬停，并拍摄影像文件，获得施工区域正中位置上的图片信息，反映出现场施工的具体进度。

技术人员操控无人机在水平、45°、垂直方向拍摄施工区域内的图像，每个方向上拍摄的照片都要与上一方向有1/3以上的重合。然后通过系统内的全景拼合软件，将连续拍摄的照片处理，从而合成全景图片，图片经过Photoshop再处理，可以最终反映出实际的场景。全景图片能够及时了解现场的实际情况，并且全方位的调整浏览，与相关单位人员沟通交流时，可以准确掌握现场的情况，对加强施工管理有重要的意义。

4.2.2 测绘数据的采集处理

无人机测绘工作实施前，技术人员必须检查设备硬件，并且操控无人机的飞行状态。在无人机飞行达到平稳性的要求后，开启自主飞行模式，无人机会自动根据设置的航线自动飞行拍摄。在飞行到最后航点位置后，无人机会自动识别并自动开启返航模式，自动飞行到预设的起点位置，这就完成整个采集的过程。

无人机首次测绘工作结束后，为了能够提高测绘数据的准确性，还要对各项数据进行二次数据采集，从而防止因为无人机飞行时没有按照预设的路线，而造成数据准确性不足。无人机测绘技术较之人工方式来说，其测绘获取的数据信息更具时效性，可以实现信息和数据的共享，采集也会更加的方便，数据量比较大，完整性更好，且不需要较大的作业空间，操控灵活度较高（见表1）。

表1 实况测量和无人机测量的比较结果

无人机测绘技术获得的数据，需要传输到终端设备进行处理，这是满足使用的重要环节。首先将无人机拍摄获取的图片导入到计算机内，并通过计算机软件处理，主要是通过相邻照片重合部分的处理可以组合形成整体。根据Exif元数据，确定具体的照片方向，并进行图像采集和处理。在每个处理环节中，都要处理具体的参数。

4.2.3 三维实景建模工程实现

根据三维实景建模方面的要求，利用Altizure建模平台给无人机确定航拍参数信息，因为拍摄的图片有一定的重合度，模型细节方面的要求较高，所以在本次无人机测绘中，图片重合率设定为80%~90%才能获得最佳的效果。在参数设定合适后，操控无人机开始自动拍摄，规划飞行航线，并完成系统自动拍摄。拍摄完成后，将照片传输到ContextCapture建模软件即可形成模型。

三维实景建模工作结束后，工作人员能够及时获取各个建筑结构的尺寸信息，并根据BIM模型帮助设计人员进行现场三维建模，对现场起到指导性作用。同时，技术人员对现场情况有足够的了解，对规划设计、施工管理以及竣工验收起到积极作用。

5 结束语

无人机测绘技术应用到建筑工程测量工作中，有着非常明显的优势，提高测绘的效率和质量，大幅提升测绘水平，满足工程的管理需要。未来科技不断发展，无人机测绘技术必然会大幅提升，将其更好的应用到实践中，对我国社会高速发展产生积极意义。