[发明专利]基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法

摘要

本发明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。 1

主权项

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GPS RTK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(X_Max,Y_Max)、(X_Min,Y_Min)，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GCP_r,c(r＝1,…,R；c＝1,…,C)中，所有的点集GCP_r,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；

其中，Z_P为点P的高程值，为邻域N内的第k点的高程值，T_Max、T_Min为最大和最小梯度，T_h为阈值，n为邻域N内点的个数。

7.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S23中，按照“点号，X坐标，Y坐标，下一相邻点点号，凸多边形编号”的格式对测区范围的边界进行统一编码。

8.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S31中，各点与测区范围的位置关系包括：

(1)点Q在凸多边形内；

对于点在凸多边形内部时，采用角度和判别法，即图多边形内的点与多边形顶点的夹角和等于360度，对应的计算公式(4)为：

∠P₁QP₂+∠P₂QP₃+...+∠P_n‑1QP_n+∠P_nQP₁＝360°  (4)

其中，P₁,P₂,...,P_n为凸多边形的顶点；

(2)点Q在凸多边形边上；

对于点在凸多边形边上时，采用公式(5)进行判断：

其中，(X_Q，Y_Q)是Q点的坐标，