黃錦財(cái)

中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心福建總隊(duì)，福建 福州 350001

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展人民生活水平不斷的提高，各類(lèi)現(xiàn)代化電器普及家家戶戶對(duì)于用電的需求量越來(lái)越大。在火電廠發(fā)電成本比例中燃料（煤）的成本占比例最大，所以燃料成本的核算是電廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)重要組成部分。其中火電廠燃料的盤(pán)點(diǎn)是燃料管理的一項(xiàng)重要工作，燃煤電廠煤場(chǎng)存煤量的計(jì)算需要達(dá)到快速、精確、安全的要求是目前尚未解決的一個(gè)重大的技術(shù)難題，但通過(guò)無(wú)人機(jī)快速獲取煤方精準(zhǔn)的DEM 模型計(jì)算可以較大程度滿足其計(jì)算要求［1］。

1 在煤場(chǎng)測(cè)量中無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)比較

1.1 傳統(tǒng)測(cè)量的不足

在使用傳統(tǒng)人工測(cè)量技術(shù)時(shí)受煤場(chǎng)場(chǎng)地因數(shù)、煤堆幾何形狀等影響大，且精度低、誤差大，有時(shí)需工作人員爬到煤堆頂部親自煤堆測(cè)量，屯煤較多會(huì)造成更多人力浪費(fèi)。尤其在氣溫較高的環(huán)境下煤會(huì)自燃，對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)需要人員與測(cè)量環(huán)境直接接觸，在這環(huán)境下有很大人身安全隱患，對(duì)數(shù)據(jù)采集精度也不高。同時(shí)工作量較大，人工費(fèi)用高，經(jīng)濟(jì)效益差。使用激光雷達(dá)盤(pán)煤測(cè)量，過(guò)程復(fù)雜，工作量大且每次開(kāi)啟都浪費(fèi)大量電力，行進(jìn)速度慢，盤(pán)煤耗費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)，影響配煤上倉(cāng)，可能導(dǎo)致電廠負(fù)荷供電不足，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)勢(shì)

煤場(chǎng)堆放往往是不規(guī)則堆放高且表面疏松，多個(gè)地方人員無(wú)法到達(dá)。無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)量作業(yè)無(wú)需直接接觸物體，機(jī)動(dòng)靈活尤其是火電廠堆煤場(chǎng)面積不是特別大，無(wú)人機(jī)一架次飛行就可完成作業(yè)用時(shí)短［2］?，F(xiàn)有傾斜測(cè)量技術(shù)在傳統(tǒng)航測(cè)上就行傳承與創(chuàng)新，可從各姿態(tài)攝影站點(diǎn)上獲取垂直及前后左右五個(gè)方位獲取影像?？蓪?duì)被測(cè)物體進(jìn)行全方位影像采集，生成三維的物體空間模型，真實(shí)反應(yīng)物體的空間形態(tài)。提高了測(cè)量的精度，同時(shí)該方法不受場(chǎng)地障礙影響，避免大量測(cè)量人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)提高了人員安全保障。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在煤方測(cè)量的流程

煤方量就是計(jì)算兩期煤方的體積差，快速獲取與實(shí)物基本一致的DEM 模型。煤方堆放前后的DEM 模型差，即為本次的煤方體積。本次方案利用Pix4D、Global-Mapper 及南方CASS軟件結(jié)合使用解算無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)，計(jì)算煤方量技術(shù)流程如下：

（1）制定飛行計(jì)劃，查閱相關(guān)資料確定是否屬于禁飛區(qū)域。

（2）實(shí)地勘察，制定飛行高度。規(guī)劃航線并根據(jù)航線布置像控點(diǎn)，一般像控點(diǎn)布設(shè)在測(cè)區(qū)的四個(gè)角點(diǎn)控制整個(gè)測(cè)區(qū)，測(cè)區(qū)內(nèi)的高低處都應(yīng)布設(shè)，但控制點(diǎn)也不應(yīng)過(guò)多須均勻分布，并用GPS-RTK 采集像控點(diǎn)坐標(biāo)。

（3）煤方堆放前后分別用無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍攝數(shù)據(jù)采集。

（4）對(duì)采集回來(lái)的照片通過(guò)Pix4D 軟件進(jìn)行處理，制作DEM 模型，對(duì)其影像進(jìn)行正射處理后鑲嵌得到DOM 數(shù)據(jù)。

（5）利用Global-Mapper 軟件根據(jù)需求輸出密度大小合適的點(diǎn)云數(shù)據(jù)及DOM 數(shù)據(jù)。利用南方CASS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，剔除異常高程數(shù)據(jù)，并利用兩期土方計(jì)算功能算出煤方量。

3 實(shí)例應(yīng)用

本例為國(guó)電福州江陰露天堆煤場(chǎng)，項(xiàng)目航飛工作采用大疆精靈4 無(wú)人機(jī)對(duì)煤場(chǎng)堆放前后分別進(jìn)行航測(cè)數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行煤方量計(jì)算。

3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

該場(chǎng)地長(zhǎng)約400m 寬約250m，在兩條長(zhǎng)邊上各設(shè)3 個(gè)像控點(diǎn)。根據(jù)測(cè)量區(qū)域確定飛行范圍，根據(jù)航空攝影測(cè)量作業(yè)規(guī)范要求航向應(yīng)達(dá)到56%～65%的重疊，及確保在各種不同的地面至少有50%的重疊［3］。旁向重疊一般應(yīng)為30%～35%。為了確保數(shù)據(jù)精確讓更多的相片參與解算，本次采用航向重疊度80%，旁向重疊度60%，航高設(shè)置為80m 進(jìn)行飛行?？紤]飛機(jī)的拍攝角度及邊緣物體的立體成像，在測(cè)區(qū)范圍外各增設(shè)一條航線。

3.2 航測(cè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，內(nèi)業(yè)采用Pix4D 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理流程見(jiàn)圖1。成果輸出后，利用Global-Mapper 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理輸出點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)并利用南方CASS 軟件進(jìn)行計(jì)算。

3.3 煤方量計(jì)算

經(jīng)過(guò)處理分別得到兩期煤方的地表數(shù)字高程數(shù)據(jù)及DOM數(shù)據(jù)，分別加載到CASS 軟件中。煤場(chǎng)中有大型挖掘機(jī)在工作，煤堆會(huì)被其伸出的機(jī)械梁臂所遮擋。無(wú)人機(jī)所測(cè)出的高程數(shù)據(jù)為其機(jī)械梁臂上的高程，可通過(guò)DOM 資料及結(jié)合周邊高程可剔除測(cè)區(qū)內(nèi)高程異常數(shù)據(jù)。根據(jù)最終的有效高程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析疊加，即可求出區(qū)域里煤方的總量。此計(jì)算方法與兩區(qū)土方計(jì)算一致，計(jì)算主要流程如下:

（1）將煤場(chǎng)堆放前的點(diǎn)云數(shù)據(jù)（高程數(shù)據(jù)），導(dǎo)入南方CASS 軟件中，生產(chǎn)TIN 三角網(wǎng)文件命名T1。

（2）將煤場(chǎng)堆放后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)（高程數(shù)據(jù)），導(dǎo)入南方CASS 軟件中［4］。在DOM 影像中圈出需要計(jì)算范圍，根據(jù)計(jì)算范圍生產(chǎn)TIN 三角網(wǎng)文件命名T2。

（3）在南方CASS 軟件中，打開(kāi)工程應(yīng)用—DTM 法土方計(jì)算—計(jì)算兩期間土方—選擇第一期三角文件T1—選擇第一期三角文件T2—生成計(jì)算成果表。

4 精度比較分析

圖1 航測(cè)數(shù)據(jù)處理流程圖

為了分析無(wú)人機(jī)航測(cè)成果在堆煤量的計(jì)算精度，采用傳統(tǒng)GPS-RTK 方法同時(shí)對(duì)煤堆進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。分析測(cè)區(qū)內(nèi)特征點(diǎn)的平面及高程精度，其中重點(diǎn)分析同名點(diǎn)的高程精度［5］。均勻抽取測(cè)區(qū)內(nèi)堆煤后30 個(gè)特征點(diǎn)，用GPS-RTK 及無(wú)人機(jī)解算后的DEM 數(shù)據(jù)分別采集其高程點(diǎn)進(jìn)行較差分析見(jiàn)表1，其高程數(shù)據(jù)滿足1 ∶500 大比例尺低空數(shù)字航空攝影成圖要求。

表1 檢測(cè)點(diǎn)高程RTK 測(cè)量值與無(wú)人機(jī)解算值較差統(tǒng)計(jì)表

采用同樣CASS 計(jì)算方法將傳統(tǒng)GPS-RTK 測(cè)量法采集的高程點(diǎn)進(jìn)行煤方計(jì)算。兩者的計(jì)算成果進(jìn)行比較，結(jié)果為兩者相差338.66 m3，占總煤場(chǎng)堆煤量的0.36%。該精度滿足煤方量計(jì)算的一般工程測(cè)量規(guī)范要求，結(jié)果顯示無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量可用于該項(xiàng)目煤方量計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)單靈活、測(cè)量精度較高、數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性好、勞動(dòng)力輸出少、生產(chǎn)效率高、費(fèi)用相對(duì)低廉對(duì)本項(xiàng)目起到和好的效益性。通過(guò)實(shí)例的分析及對(duì)比驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性及精度的可靠性。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)特點(diǎn)在礦山管理、竣工驗(yàn)收、工程勘察設(shè)計(jì)、農(nóng)村地籍等領(lǐng)域同樣可得到廣泛的運(yùn)用。