云帆PPK航测土方量计算技术流程

地面开挖工程几乎都会涉及土方计算工作。土石方的量算精度由地形表达质量直接决定。通过无人机摄影测量，并搭载杭州美霖科技有限公司研发的云帆创新GAMA PPK高精度航测方案。生成的地形表达完整，外业工作量小，内业自动化程度高，计算精度可靠，计算结果受测量方法和计算方法影响小。其成果用于两期土方量计算，成果可靠性高且具有可视化效果。

无人机PPK后差分摄影测量作业流程

1.工作设备

本次测量数据由以上几款设备完成，分别是大疆精灵4无人机搭载改装的云帆GAMA PPK、云帆自主研发的X-120固定翼无人机、GNSS接收机、smart GCP像控板。

2. 数据获取

数据的获取可使用DJI大疆精灵4 PRO PPK无人机 以及云帆创新X-120固定翼无人机搭载云帆GAMA PPK后差分同步采集地表影像，GNSS接收机同步采集静态数据，并且搭配云帆创新智能像控点 GCP记录像控点位置，得出高精度POS。

数据采集现场

首先在测区内找到找到一处相对开阔、无遮挡的区域，作为飞机的起飞点和rtk静态数据采集点。本次数据采集需要的设备有：大疆精灵4 Pro 2.0、云帆X-120固定翼无人机、中海达rtk、云帆smart GCP像控板（其中像控板可以代替rtk记录静态数据）。

精灵4 Pro 2.0 无人机搭载云帆创新ppk

云帆X-120固定翼无人机搭载云帆创新ppk

GNSS接收机记录静态数据

具体操作如下：

在测区的四周选中几个开阔点作为像控点，将云帆smart GCP开机放在选中的地方或者用rtk在选中的地方进行点测量并做好标记；接着在测区尽量中间区域选择起飞点，首先选中某点作为rtk架立点，然后用rtk测量该点经纬度坐标并做好地面标记且记录点坐标数据；接着把rtk架立并记录静态数据（蘑菇头连接手薄或者手机软件，静态设置中将时间间隔设置为1hz或者1s）；最后将大疆精灵4  Pro 2.0或者云帆X-120开机并规划航线进行照片数据采集。　

导出并整理数据

将无人机的内存卡取出，用读卡器将照片数据导入电脑的新建文件夹（照片顺序不能变）；将无人机上搭载的云帆ppk内存取出并导出数据；将云帆smart  GCP像控点内存卡取出并按测区内摆放顺序导出并记录或者将rtk中像控点的数据导出（经纬度格式）；用数据线将rtk中的静态数据导出并用rinex转换软件将数据转换成通用格式。接着用云帆后差分处理软件将无人机搭载的云帆创新ppk和rtk（GNSS）的静态数据进行解算，并得出建模需要的POS数据。

后差分处理数据

后差分处理完成后，我们会得到POS、events POS两个文件，其中我们需要使用的是events POS；并且需要用wps表格将该POS进行整理并另存为.csv格式。

处理后得到的数据

软件处理

检查整理好照片数据和POS数据是否一致。数据处理可选用photoscan或者PIX 4D等专业化软件进行全自动化处理，并且得到我们所需要的DSM、DOM、DLG 等测量成果。

我们以PIX 4D为例。打开pix 4d软件，新建一个工程项目（名称用字母或者数字，不能出现汉字），首先将我们整理好的照片数据和POS数据导入软件，然后进行初始化处理，如下图：

精灵4 Pro 2.0和云帆X-120初始化

导入像控点，选择正确的坐标系，像控点导入之后进行刺点（Shift+鼠标左键），每个像控点至少刺3到9张照片，尽量把所有能看到点的照片都刺上；并且每个像控点都要刺。内业操作流程跟无人机品牌、类型无关，所以导入数据或者刺点方式都一致。

精灵4 Pro 2.0和云帆X-120刺点

处理点云和纹理、DSM正射影像和指数。

精灵4 Pro 2.0和云帆X-120点云、正射等处理

生成点云、DSM、正射影像。

查看文件夹。

二、土方量测量

土方计算的关键在于原始地形地貌和开挖后地貌的准确表达。ARCGIS 计算土方量以数字高程模型( DEM) 作为基础通过空间分析和叠加分析功能对开挖前后地形模型进行分析并用ARCGIS 软件所带的统计分析模块计算填挖区域的体积，得到最终的填挖土方量。

ARCGIS 软件利用栅格数据计算土方量的。栅格数据结构简单，非常利于计算机操作和处理，是GIS 常用的空间基础数据格式。基于栅格数据的空间分析是GIS 空间分析的基础。ArcGIS 栅格数据空间分析模块( Spatial Analyst) 提供有效工具集，方便执行土方量的计算问题。通过倾斜摄影测量的方法获得将前期地表数据和后期地表数据网格化数据，对两个格网数据进行差计算，其差值就是该格网点的填(挖) 高度。

基于ArcGIS 计算挖填土方量的基本原理，应用软件进行土方量计算的具体工作可归纳为以下几个步骤。

1. 数据准备

准备通过摄影测量得到的开挖前DEM 和开挖后DEM 或由设计数据生成的DEM 数据。

2.数据处理

检查数据坐标系统的统一性，保证两期数据具有相同的坐标系统和高程系统，坐标系统应为高斯投影平面坐标

3.土方量计算

通过3D Analyst 工具→栅格表面→填挖方工具来计算土方量。图中对话窗口中选择输入两期DEM数据，输出栅格为最终提取出的开挖或回填范围内的DEM 数据存储位置。

ARCGIS 计算填挖方工具对话框

4.土方量统计

根据最终提取出的开挖或回填范围内的DEM数据，利用ArcGIS 的统计功能统计填挖方量。

三、结语

云帆创新 GAMA PPK无人机和云帆X-120固定翼无人机后差分方案成果结合ArcGIS 软件计算土方量，其精度可靠，外业工作量小，内业自动化程度高。在其提供可视化成果之上实现量算、查询等功能。