关键词:无人机；倾斜摄影技术；堆煤量；精度分析
引言
随着科技的发展人民生活水平的提高，对于用电的需求量越来越大。在火电厂发电成本比例中燃料（煤）的成本占比例最大，所以燃料成本的核算是电厂生产经营重要组成部分。其中火电厂燃料的盘点是燃料管理的一项重要工作，燃煤电厂煤场存煤量的计算需要达到快速、精确、安全的要求是目前尚未解决的一个重大的技术难题，但通过无人机快速获取煤方精准的DEM模型计算可以较大程度满足其计算要求。
1 在煤场测量中无人机倾斜摄影技术与传统测量技术比较
1.1传统测量的不足
传统人工测量技术受煤堆的几何形状、场地因数影响大，且精度低、误差大，有时需要工作人员爬到煤堆顶部进行煤堆测量，屯煤较多时造成大量人力浪费。煤还会自燃造成很大人身安全隐患，最终结果精度亦不高。且工作量大，人工费用高，经济性差。使用激光雷达盘煤测量，过程复杂，工作量大且每次开启都浪费大量电力，行进速度慢，盘煤耗费时间太长，影响配煤上仓，可能导致电厂负荷供电不足，造成不必要的经济损失。
1.2无人机倾斜摄影的优势
煤场堆放往往是不规则堆放高且表面疏松，多个地方人员无法到达。无人机倾斜测量作业无需直接接触物体，机动灵活尤其是火电厂堆煤场面积不是特别大，无人机一架次飞行就可完成作业用时短。现有倾斜测量技术在传统航测上就行传承与创新，可从各姿态摄影站点上获取垂直及前后左右五个方位获取影像。可对被测物体进行全方位影像采集，生成三维的物体空间模型，真实反应物体的空间形态。提高了测量的精度，同时该方法不受场地障碍影响，避免大量测量人员现场作业提高了人员安全保障。
2 无人机倾斜摄影技术在煤方测量的流程
煤方量就是计算两期煤方的体积差，利用无人机倾斜摄影技术可以快速获取与实物基本一致的DEM模型。煤方堆放前后的DEM模型差，即为本次的煤方体积。本次方案利用Pix4D、Global-Mapper及南方CASS软件结合使用解算无人机倾斜摄影数据，计算煤方量技术流程如下：
1)航摄实施前先制定飞行计划，确定该区域不是相关部门规定的禁飞区域。
2)测区实地踏勘规划，查看周边地物确定最低行高度。规划航线并根据航线布置像控点，一般像控点布设在测区的四个角点控制整个测区，测区内的高低处都应布设，但控制点也不应过多须均匀分布，并用GPS-RTK采集像控点坐标。
3)煤方堆放前后分别用无人机进行拍摄数据采集。
4)对采集回来的照片通过Pix4D软件进行处理，制作DEM模型，对其影像进行正射处理后镶嵌得到DOM数据。
5)利用Global-Mapper软件根据需求输出密度大小合适的点云数据及DOM数据。利用南方CASS软件进行数据整理，剔除异常高程数据，并利用两期土方计算功能算出煤方量。
3实例应用
本例为国电福州江阴露天堆煤场，项目航飞工作采用大疆精灵4无人机对煤场堆放前后分别进行航测数据采集并进行煤方量计算。
3.1 外业数据采集
该场地长约400米宽约250米，在两条长边上各设3个像控点，图1中的五角形区域为布设像控点位置。在相片采集时保证不少于3张的照片能找到同名像控点。根据测量区域确定飞行范围，根据航空摄影测量作业规范要求航向应达到56%-65%的重叠，及确保在各种不同的地面至少有50%的重叠。旁向重叠一般应为30%-35%。为了确保数据精确让更多的相片参与解算，本次采用航向重叠度80%，旁向重叠度60%，航高设置为80米进行飞行。考虑飞机的拍摄角度及边缘物体的立体成像，在测区范围外各增设一条航线。
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图1 像控点布设图（五角形区域）
3.2 航测数据处理
外业数据采集完成后，内业采用Pix4D软件进行数据处理流程见图2。成果输出后，利用Global-Mapper软件进行数据整理输出点坐标数据并利用南方CASS软件进行计算。
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图2 航测数据处理流程图
3.3 煤方量计算
经过处理分别得到两期煤方的地表数字高程数据及DOM数据，分别加载到CASS软件中。根据DOM如图1中可见，煤场中有大型挖掘机在工作，煤堆会被其伸出的机械梁臂所遮挡。无人机所测出的高程数据为其机械梁臂上的高程，可通过DOM资料及结合周边高程可剔除测区内高程异常数据。根据最终的有效高程数据进行分析叠加，即可求出区域里煤方的总量。此计算方法与两区土方计算一致，计算主要流程如下。
1)将煤场堆放前的点云数据（高程数据），导入南方CASS软件中，生产TIN三角网文件命名T1。
2) 将煤场堆放后的点云数据（高程数据），导入南方CASS软件中。在DOM影像中圈出需要计算范围，根据计算范围生产TIN三角网文件命名T2。
3)在南方CASS软件中，打开工程应用—DTM法土方计算—计算两期间土方—选择第一期三角文件T1—选择第一期三角文件T2—生成计算成果表。
4精度比较分析
为了分析无人机航测成果在堆煤量的计算精度，采用传统GPS-RTK方法同时对煤堆进行数据采集。分析测区内特征点的平面及高程精度，其中重点分析同名点的高程精度。均匀抽取测区内堆煤后30个特征点，用GPS-RTK及无人机解算后的DEM数据分别采集其高程点进行较差分析见表1，其高程数据满足1∶500大比例尺低空数字航空摄影成图要求。
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采用同样CASS计算方法将传统GPS-RTK测量法采集的高程点进行煤方计算。两者的计算成果进行比较，结果为两者相差338.66 m3，占总煤场堆煤量的0.36%。该精度满足煤方量计算的一般工程测量规范要求，结果显示无人机倾斜摄影测量可用于该项目煤方量计算。
结语
无人机倾斜摄影技术具有的数据采集简单灵活、测量精度较高、数据现势性好、劳动力输出少、生产效率高、费用相对低廉等特点在矿山管理、竣工验收、工程勘察设计、农村地籍等领域得到广泛的运用。
参考文献
[1]侯怀敏.无人机倾斜摄影测量在矿山测绘中的实际运用分析[J].世界有色金属,2019(16):287+289.
[2]徐东华,谭金石,苏一丹.无人机倾斜摄影测量技术在露天矿区监测中的应用研究[J].广州航海学院学报,2019,27(03):66-70.
[3]张中雷,张兵兵,方翔,余斌杰,葛坤,崔晓荣.露天采石矿山无人机生产调度指挥体系的构建与实施[J].中国矿业,2019,28(09):67-73.
[4]陈娇.无人机航测系统测绘大比例尺地形图应用研究[D].昆明理工大学,2016:49-52.
[5]牛鹏涛.基于倾斜摄影测量技术的城市三维建模方法研究[J].价值工程,2014，（26）:224-225.
论文作者:黄锦财
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第24期
论文发表时间:2020/4/13
标签：无人机论文; 煤场论文; 测量论文; 高程论文; 数据论文; 精度论文; 软件论文; 《建筑实践》2019年第24期论文;