CN113252009A - 一种基于无人机航测技术的土石方计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，基于无人机航测数据采集、数据处理、容量计算等技术思路，能够360度全方位采集落石影像数据，并建立落石三维实景模型以及高精度的点云模型，基于对点云数据逆向工程，将点云转化为三维曲面模型，通过曲面封装闭合模型边界，精准计算出落石的土石方量。以解决传统测量方法对测量人员要求较高，测量难度和安全风险大，工作量大，且测量准确性和精确性较低等问题。属于土木工程领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，该方法特别适用于危岩落石、取土场、堆积体等对象的土石方计算，属土木工程领域。
背景技术
目前，针对危岩落石的体积测量，通常采用GPS或者全站仪现场采集落实的各个部位的地面点数据，将其导入到南方CASS软件中，生产三维等高线，并计算出土石方量。由于危岩落石一般处于地势较为陡峭的环境下，传统的测量方法具有以下问题：落石存在坍塌风险、现场测量人员安全作业保障难度大、野外工作量相当大、不能无安全采集落石各特征部位数据、落石体积量没法准确计算等问题。
发明内容
本发明提供一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，以解决传统测量方法对测量人员要求较高，测量难度和安全风险大，工作量大，且测量准确性和精确性较低等问题。
为实现上述目的，拟采用这样一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，具体步骤如下：
1)无人机航测采集数据；
采用无人机围绕着落石环飞，依次采集各个位置的影像数据；
2)点云数据生产；
将无人机影像拷贝到电脑上，采用图片处理软件，对所有影像进行匀色匀光批量处理；
在航测软件中导入无人机影像数据和相控点坐标，建立航测数据处理流程，生产出落石三维实景模型；
设置点云数据的间距或者像素，生产出高精度的点云数据；
3)点云逆向工程；
在点云数据软件中，导入航测点云，进行点云剔噪分析、点云滤波分析和冗余点云分析，在点云数据分析完成后，只保留表达落石特征的点云数据，采用点云重采样分析，对点云数据进行采样；
4)网格曲面建立；
选择优化后的点云数据，将其转化为3D网格曲面模型；
5)土石方计算；
在网格优化模式下，先封装网格模型的内部孔洞，再拟合外部孔洞边界，将外部孔洞进行闭合封装，形成一个闭合的曲面模型，选择封装曲面模型，查询模型的几何属性，其体积值即为方量。
步骤1)中，采用无人机从下自上依次采集各个位置的影像数据，相邻的影像之间的重叠率保证在80％以上，无人机空中姿态与目标物体距离30m-50m。
步骤2)中，对所有影像进行匀色匀光批量处理时，确保所有影像的分辨率，曝光强度、色彩一致，设置点云数据的间距或者像素时，选择全彩色的点云方式，点云间距设置为5cm～15cm，点云输出选择las格式。
步骤3)中，所述点云分析具体如下：
点云剔噪分析，将非表达落石区域的所有点云数据进行删除；
点云滤波分析，将落石上的植被点云进行分类，并删除；
冗余点云分析，将落石悬空、漂浮、距离远点云数据删除。
步骤4)中，对网格曲面进行空洞填补，首先是曲面模型边界，筛选出内部小型空洞，设置空洞的曲线值，将其填补；其次填补外部大孔，结合曲面模型的特征，绘制几条边界线，将大孔转化为多个小型的内部空洞，通过拟合曲面值，将其一一填补，得到一个封闭的曲面模型。
与现有技术相比，本发明采用无人机能够快速落石各个视角的影像，并通过航测解算流程生产高精度的三维模型与点云模型，经点云成套数据分析后，提取落石的特征点云，将其转化为闭合曲面模型和三维等高线，精确计算出体积，并移交数字化指导施工，得到了建设单位和设计单位的高度认可，取得了较高的经济与社会效益，具有重要的指导意义和推广价值，该方法还具备影像采集快、数据准确度高，野外作业风险地，安全可靠等诸多优点，适宜推广应用。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
参照图1，本实施例提供一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，具体流程如下：
1)无人机航测采集数据
选择能见度教高、风速较小的天气进行航测数据采集作业。
为了提高航测精度，需要在落石周围布设4个像控点，可直接采用现场喷绘十字丝，测量出中心点的坐标，并将坐标值转化为WGS84-UTM坐标系下。
采用手动飞行采集模式，围绕着落石环飞，从下自上依次采集各个位置的影像数据，相邻的影像之间的重叠率要保证到80％以上，无人机空中姿态与目标物体距离保证在30m-50m左右。
2)点云数据生产
将无人机影像拷贝到电脑上，采用图片处理软件，对所有影像进行匀色匀光进行批量处理，确保所有影像的分辨率，曝光强度、色彩一直，以提高航测空中三角测量解算的效果，保证无人机实景模型的纹理清晰度。
在航测软件中，新建工程，导入无人机影像数据和相控点坐标，建立航测数据处理流程，先生产出落石三维实景模型，在航测成果质量报告中，查询相控点的误差值，为了保证点云滤波后精度，航测成果的精度要保证在1cm以内。
设置点云数据的间距或者像素，设置点云数据间距时，需要注意：间距过大，点云量会很庞大，会影响计算机运行效率，也不易过小，会降低点云模型的精细度，经过多次研究，点云间距设置为5cm～15cm之间最为合理。选择全彩色的点云方式，生产出高精度的点云数据，点云输出选择las格式。
3)点云逆向工程
在点云数据软件中，导入航测点云，为了更好地计算落石的体积，需要进行出具处理分析。
点云剔噪分析。将非表达落石区域的所有点云数据进行删除。
点云滤波分析。将落石上的植被点云进行分类，并删除。
冗余点云分析。将落石悬空、漂浮、距离远等点云数据删除。
在点云数据分析完成后，只保留表达落石特征的点云数据，采用点云重采样分析，对点云数据进行采样，目的是为了优化点云数据的空间结构，以提升点云逆向工程的效果。
4)网格曲面建立
选择优化后的点云数据，将其转化为3D网格曲面模型。
对网格曲面进行空洞填补，首先是曲面模型边界，筛选出内部小型空洞，设置空洞的曲线值，将其填补。
其次填补外部大孔，结合曲面模型的特征，绘制几条边界线，将大孔转化为多个小型的内部空洞，通过拟合曲面值，将其一一填补，得到一个封闭的曲面模型。
5)土石方计算
在网格优化模式下，先封装网格模型的内部孔洞，再拟合外部孔洞边界，将外部孔洞进行闭合封装，形成一个闭合的曲面模型，选择封装曲面模型，查询模型的几何属性，其体积值即为方量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)无人机航测采集数据；
采用无人机围绕着落石环飞，依次采集各个位置的影像数据；
2)点云数据生产；
将无人机影像拷贝到电脑上，采用图片处理软件，对所有影像进行匀色匀光批量处理；
在航测软件中导入无人机影像数据和相控点坐标，建立航测数据处理流程，生产出落石三维实景模型；
设置点云数据的间距或者像素，生产出高精度的点云数据；
3)点云逆向工程；
在点云数据软件中，导入航测点云，进行点云剔噪分析、点云滤波分析和冗余点云分析，在点云数据分析完成后，只保留表达落石特征的点云数据，采用点云重采样分析，对点云数据进行采样；
4)网格曲面建立；
选择优化后的点云数据，将其转化为3D网格曲面模型；
5)土石方计算；
在网格优化模式下，先封装网格模型的内部孔洞，再拟合外部孔洞边界，将外部孔洞进行闭合封装，形成一个闭合的曲面模型，选择封装曲面模型，查询模型的几何属性，其体积值即为方量。
2.根据权利要求1所述一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，其特征在于：步骤1)中，采用无人机从下自上依次采集各个位置的影像数据，相邻的影像之间的重叠率保证在80％以上，无人机空中姿态与目标物体距离30m-50m。
3.根据权利要求1所述一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，其特征在于：步骤2)中，对所有影像进行匀色匀光批量处理时，确保所有影像的分辨率，曝光强度、色彩一致，设置点云数据的间距或者像素时，选择全彩色的点云方式，点云间距设置为5cm～15cm，点云输出选择las格式。
4.根据权利要求1所述一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，其特征在于，步骤3)中，所述点云分析具体如下：
点云剔噪分析，将非表达落石区域的所有点云数据进行删除；
点云滤波分析，将落石上的植被点云进行分类，并删除；
冗余点云分析，将落石悬空、漂浮、距离远点云数据删除。
5.根据权利要求4所述一种基于无人机航测技术的土石方计算方法，其特征在于：步骤4)中，对网格曲面进行空洞填补，首先是曲面模型边界，筛选出内部小型空洞，设置空洞的曲线值，将其填补；其次填补外部大孔，结合曲面模型的特征，绘制几条边界线，将大孔转化为多个小型的内部空洞，通过拟合曲面值，将其一一填补，得到一个封闭的曲面模型。
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