無人機(jī)用于土方測量的效果如何？

  “科技改變時代總是悄無聲息”，目前基于無人機(jī)的空中數(shù)據(jù)采集和分析，正被諸多行業(yè)引入應(yīng)用，尤其是在建筑工程領(lǐng)域。奇志科技作為國內(nèi)領(lǐng)先的無人機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)商，目前已經(jīng)為萬科、華潤置地、美的置業(yè)等眾多國內(nèi)頭部房企，提供無人機(jī)土方測量解決方案。

  奇志科技通過大疆精靈Phantom 4 RTK 無人機(jī)和自主研發(fā)的端到端的奇志動聯(lián) MeshKit 軟件，能幫助地產(chǎn)工程管理實(shí)現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集和分析，輸出高精度的三維模型，并以此完成土方量計算工作，確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)且可復(fù)核。

  那么奇志科技的無人機(jī)土方測量精度如何呢？能帶來怎樣的作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益？一起來看看奇志科技新鮮出爐的《奇志動聯(lián)無人機(jī)土方測量報告》吧！

  精度測試流程

  ◆測試流程圖

  注：測量基準(zhǔn)采用國家 2000 坐標(biāo)系統(tǒng)，1985 國家高程基準(zhǔn)，精度驗(yàn)證數(shù)據(jù)由專業(yè)手持RTK測得，與無人機(jī)測量建模的數(shù)據(jù)對比。工程中 RTK 數(shù)據(jù)采集統(tǒng)一使用千尋網(wǎng)絡(luò) RTK 系統(tǒng)作為差分源。

  精度測試環(huán)境

  測試區(qū)位于杭州一處工地附近，總面積約80000平方米，整體地勢平坦開闊，周圍電磁干擾少，屬于典型的UAV小區(qū)域工程測量場景。

  ◆測試環(huán)境圖

  注：測試結(jié)果會受到飛行高度、重疊率設(shè)置、天氣、光照強(qiáng)度、地貌等環(huán)境因素的影響，作業(yè)環(huán)境及飛行參數(shù)設(shè)置不同，精度結(jié)果也會隨之變化

  精度測試設(shè)備

  （1）手持RTK設(shè)備：

  思拓力專業(yè)型RTK S9 II

  P9 II 工業(yè)安卓手簿：SurPad 4.0

  （2）奇志科技方案模塊構(gòu)成：

  大疆精靈Phantom 4 RTK 無人機(jī)+奇志動聯(lián) MeshKit iOS移動端+奇志動聯(lián) MeshKit 桌面端+奇志動聯(lián) MeshKit 云服務(wù)

  ◆奇志科技自動化、端到端的軟件工作流

  注：需要多個平臺賬戶切換，無法快速有效銜接到自身的工作流…..這些都是目前工程管理領(lǐng)域在引入應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)時，常常遇到的問題。

  而使用奇志科技的無人機(jī)土方測量，企業(yè)只需要一臺無人機(jī)和一個奇志動聯(lián) MeshKit，一套軟件賬戶就可以打通整個無人機(jī)土方測量流程，快速銜接到原先的工作流中。

  奇志動聯(lián) MeshKit 移動端，依據(jù)不同場景需求定制并完成自動化的無人機(jī)數(shù)據(jù)采集；桌面端，傳輸存儲無人機(jī)數(shù)據(jù)，提供任務(wù)、團(tuán)隊(duì)及數(shù)據(jù)的可視化管理；云服務(wù)，結(jié)合圖像學(xué)與計算機(jī)視覺，快速智能分析數(shù)據(jù)輸出成果。

  地面校準(zhǔn)點(diǎn)/特征點(diǎn)設(shè)置

  本次測試校準(zhǔn)點(diǎn)以及特征點(diǎn)共計 54 個點(diǎn)（其中 54 個平面檢查點(diǎn)和 54 個高程檢查點(diǎn)），這些點(diǎn)位于不同的高度，緯度和經(jīng)度上，以便最好地模擬實(shí)際工程中不同的場景。

  使用手持 RTK 在事先做好的校準(zhǔn)點(diǎn)以及實(shí)地的特征點(diǎn)上取坐標(biāo)，每個點(diǎn)上取三次坐標(biāo)求取平均值，用以消除人為誤差。

  ◆在測試地塊布置并采集校準(zhǔn)點(diǎn)和地形特

  注：測試中整個地面校準(zhǔn)點(diǎn)/特征點(diǎn)布置和手持RTK數(shù)據(jù)的采集耗費(fèi)了整整一天的時間。在傳統(tǒng)土方測量作業(yè)中，測量區(qū)域面積越大，需要人工采集的控制點(diǎn)和特征點(diǎn)就越多，耗時就越長，而且會受制于現(xiàn)場地形環(huán)境。

  相較而言，無人機(jī)在土方測量的數(shù)據(jù)采集上就有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，獨(dú)特的空中視角，受地形環(huán)境因素影響小，兼具靈活性和高效率，機(jī)器作業(yè)無需人力重復(fù)勞作，同時還提升了外業(yè)操作的安全系數(shù)。

  精度測試過程

  1、外業(yè)過程

  根據(jù)實(shí)際地形設(shè)定好飛行區(qū)域和飛行參數(shù)后， 根據(jù)航線規(guī)劃，驅(qū)使大疆精靈 Phantom 4 RTK 無人機(jī)完成飛行和數(shù)據(jù)采集，整個過程僅耗時15分鐘，采集有效圖片數(shù)328張。

  ◆測試中規(guī)劃的無人機(jī)航拍飛行區(qū)域

  飛行參數(shù)設(shè)置如下：

  地面控制點(diǎn)個數(shù)（僅用于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）：3

  飛行高度：90 m

  航向重疊率：80%

  旁向重疊率：80%

  地面采樣率（GSD）：2.467 cm

  ◆驅(qū)使無人機(jī)自動外業(yè)操作

  注：企業(yè)通過奇志動聯(lián) MeshKit 移動端驅(qū)使無人機(jī)外業(yè)操作的好處就在于，無需專業(yè)飛手操作，就可以自動驅(qū)使無人機(jī)航測采集數(shù)據(jù)，直至完成任務(wù)自動返航降落，即便途中出現(xiàn)電池電力不足的情況，也可以更換電池后一鍵續(xù)飛。

  2、內(nèi)業(yè)操作

  將 SD 卡取出連接電腦，奇志動聯(lián) MeshKit 桌面端自動從 SD 卡中找到本次任務(wù)的所有照片等素材，并自動導(dǎo)入，點(diǎn)擊新建三維模型，進(jìn)行簡單的設(shè)置后，數(shù)據(jù)即可自動上傳云端并完成空三加密并建模輸出成圖。

  ◆奇志動聯(lián) MeshKit 桌面端能快速同步數(shù)

  ◆無人機(jī)數(shù)據(jù)采集處理生成的測試地塊三

  隨后從模型中提取相應(yīng)檢查點(diǎn)坐標(biāo)，為模擬實(shí)際建筑工程中普遍使用本地坐標(biāo)的情況，需先將模型中的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成本地坐標(biāo)。

  具體方法如下：

  將模型中經(jīng)緯度坐標(biāo)高斯投影

  取到三個公共點(diǎn)，將高斯投影坐標(biāo)與本地坐標(biāo)進(jìn)行四參數(shù)求解（高程使用擬合）

  使用求解出的四參數(shù)轉(zhuǎn)換其他 51 個點(diǎn)的坐標(biāo)

  得到完整 54 個點(diǎn)的本地水平坐標(biāo)以及高程坐標(biāo)，最終進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)對比

  內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析建模到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，整個過程耗時2天。

  注：奇志動聯(lián) MeshKit 端到端的軟件工作流賦能，打通了整個數(shù)據(jù)內(nèi)外業(yè)操作流程?？杖用埽S模型重建在內(nèi)的數(shù)據(jù)處理分析，企業(yè)都可以通過云服務(wù)自動完成，高效便捷。

  同時考慮到行業(yè)實(shí)際使用習(xí)慣，奇志動聯(lián) MeshKit 云服務(wù)也會自動完成本地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，確保無人機(jī)土方測量輸出成果便于工程管理實(shí)際使用。

  模型結(jié)果精度檢查

  將獲得的54個點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)與實(shí)際手持RTK采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，本次測試結(jié)果如下：

  ◆單點(diǎn)精度驗(yàn)證結(jié)果統(tǒng)計表

  ◆最終統(tǒng)計結(jié)果

  測試結(jié)果顯示，水平中誤差小于 0.05 m，高程中誤差僅有 0.031 m，精度誤差在厘米級，此次無人機(jī)航測的成果精度完全達(dá)到了 1: 500 建筑工程土方測量的標(biāo)準(zhǔn)。

  注：根據(jù)建筑工程測量應(yīng)用需求，真實(shí)景三維模型成果要能滿足1:500 數(shù)字線劃圖（DLG）生產(chǎn)需要，誤差必須在平面5cm以內(nèi)，高程10cm以內(nèi)。

  土方量計算驗(yàn)證

  實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)場工程人員多使用 CASS 進(jìn)行土方量計算，為適配工程現(xiàn)場使用習(xí)慣，數(shù)據(jù)建模之后需要生產(chǎn)出適配 CASS 能夠使用的高程點(diǎn)文件。

  奇志動聯(lián)的云服務(wù)通過對無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，生成點(diǎn)云模型，運(yùn)用模型算法，自動識別剝離非地貌點(diǎn)，自動進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)抽稀，最后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CASS使用的高程文件。

  ◆高程文件對比

  將導(dǎo)出的高程文件與同一塊測試地塊使用手持 RTK 設(shè)備直接采集的高程文件，導(dǎo)入到 CASS 軟件中，以統(tǒng)一參數(shù)進(jìn)行土方計算，并對比結(jié)果。

  ◆土方量計算結(jié)果對比

  ◆土方量計算結(jié)果對比

  測試結(jié)果表明，使用大疆精靈 Phantom 4 RTK +奇志動聯(lián) MeshKit 的無人機(jī)土方測量方案，與傳統(tǒng)手持 RTK 土方測量方案相比，土方差不到2%。

  報告內(nèi)容總結(jié)

  由以上模型精度和土方差的測試結(jié)果來看，基于大疆精靈 Phantom 4 RTK 的奇志科技無人機(jī)土方測量解決方案，直接輸出的三維模型，以及得出的高程點(diǎn)文件和實(shí)地的土方測量結(jié)果，完全達(dá)到了 1: 500 建筑工程土方測量的精度標(biāo)準(zhǔn)，可以應(yīng)用于實(shí)際工程的土方測量計算需求。

  ◆奇志科技無人機(jī)高精度土方測量

  作業(yè)效率上，本次80000平方米的土方測量精度驗(yàn)證過程，外業(yè)投入人員踏勘，像控點(diǎn)布置，1人1天，無人機(jī)數(shù)據(jù)采集15分鐘（4平方公里以內(nèi)地塊，無人機(jī)外業(yè)采集都能在一天內(nèi)完成），內(nèi)業(yè)自動建模1天，土方計算1天。

  相比光是外業(yè)采集就要耗時數(shù)天的傳統(tǒng)土方測量，無人機(jī)土方測量顯著降低了時間成本和人力成本。以奇志科技簽約服務(wù)的某個地產(chǎn)集團(tuán)項(xiàng)目為例，相比傳統(tǒng)測量160元/畝的成本，無人機(jī)土方測量成本低至8元/畝。

  自動化的數(shù)據(jù)采集分析，能減少人為誤差，做到短時間內(nèi)多次復(fù)用。奇志科技無人機(jī)土方測量應(yīng)用于土方復(fù)核的話，能在最大程度上實(shí)現(xiàn)快速復(fù)核，有效縮短決策時間和項(xiàng)目開發(fā)周期。

  而如果應(yīng)用于集團(tuán)級項(xiàng)目，大規(guī)模推廣，背后帶來的經(jīng)濟(jì)效益將更加顯著。

  應(yīng)用奇志科技無人機(jī)土方測量解決方案，企業(yè)能在確保結(jié)果精準(zhǔn)的前提下，實(shí)現(xiàn)高效、低成本且可復(fù)核的土方測量。