基于无人机航测技术的砂船方量测量方法研究

摘要

在水利、港口、海洋工程建设中，需要大量的砂石作为回填和建筑材料，而砂石主要来源于内陆，需要通过运砂船由砂场运送到施工现场。因此运砂船载砂方量测量一直是工程建设中的重点，其效率和精度将直接影响到工程项目的施工进度和成本控制。但受船体结构、水域环境等因素的限制，陆地上常用的土方测量方法如全站仪法、RTK法等难以应用于运砂船方量测量。目前，运砂船方量测量常用的方法是将运砂船所载砂石形状简化为棱台或者圆锥，再使用卷尺和水平尺进行测量。这种方法需要多人配合作业，且易受人为因素影响，测量精度不高。为提高运砂船方量测量的效率和精度，本文对基于无人机航测技术的砂船方量测量方法进行了研究，主要内容包括以下几个方面：　　（1）概述了无人机航测技术，包括系统组成、数据采集流程和数据处理方法等，并分析了无人机航测技术应用于砂船方量测量的优势。　　（2）研究了基于无人机影像的砂船方量计算中的三个关键问题。针对无人机获取的影像存在畸变的问题，使用张正友平面格网法进行了相机检校，得到了检校参数，并通过间接法对影像进行了畸变差纠正。针对运砂船影像纹理重复的问题，使用相位相关辅助的影像匹配方法对运砂船影像进行了匹配，取得了较好的效果，并对最终生成的数字表面模型（DigitalSurfaceModel，DSM）的精度进行了检核，结果表明DSM数据精度满足运砂船方量测量的要求。针对无人机影像生成的DSM数据量大且散乱的问题，使用普通克里金插值法对DSM进行内插，将其转化为规则格网数据，再通过两组规则格网数据进行高程差分得到最终的方量，并与南方CASS软件计算结果进行比较，结果表明二者相对偏差小于1%，说明基于无人机影像的方量计算方法计算结果可靠。　　（3）通过两次实验对基于无人机航测技术的砂船方量测量方法进行了验证。第一次实验在陆地开展，使用无人机航测技术对一砂堆进行测量，并与三维激光扫描结果进行对比，两者相对偏差为0.85%，说明无人机航测技术用于砂方量测量具有可行性。第二次实验在运砂船上开展，使用无人机航测技术对5艘运砂船各进行两次测量，通过对两次航测结果进行对比，发现相对偏差均在0.5%以内，说明无人机航测技术用于运砂船方量测量稳定性好；同时还将两次无人机航测结果的平均值与三维激光扫描结果进行对比，发现相对偏差均在1.5%以内，说明无人机航测技术用于运砂船方量测量与三维激光扫描测量精度相当，可有效保证测量的精度。　　（4）使用单因素方差分析和线性回归分析的方法分析了DSM数据点云的平均间距和内插时所设置的格网间距对方量计算精度的影响，结果表明，为保证方量计算精度，点云平均间距应不大于0.5m、格网间距应不大于0.6m。

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