地面開挖工程幾乎都會涉及土方計算工作。土石方的量算精度由地形表達質量直接決定。通過無人機攝影測量，并搭載杭州美霖科技有限公司研發的云帆創新GAMA PPK高精度航測方案。生成的地形表達完整，外業工作量小，內業自動化程度高，計算精度可靠，計算結果受測量方法和計算方法影響小。其成果用于兩期土方量計算，成果可靠性高且具有可視化效果。

無人機PPK后差分攝影測量作業流程

1.工作設備

本次測量數據由以上幾款設備完成，分別是大疆精靈4無人機搭載改裝的云帆GAMA PPK、云帆自主研發的X-120固定翼無人機、GNSS接收機、smart GCP像控板。

2. 數據獲取

數據的獲取可使用DJI大疆精靈4 PRO PPK無人機 以及云帆創新X-120固定翼無人機搭載云帆GAMA PPK后差分同步采集地表影像，GNSS接收機同步采集靜態數據，并且搭配云帆創新智能像控點 GCP記錄像控點位置，得出高精度POS。

數據采集現場

首先在測區內找到找到一處相對開闊、無遮擋的區域，作為飛機的起飛點和rtk靜態數據采集點。本次數據采集需要的設備有：大疆精靈4 Pro 2.0、云帆X-120固定翼無人機、中海達rtk、云帆smart GCP像控板（其中像控板可以代替rtk記錄靜態數據）。

精靈4 Pro 2.0 無人機搭載云帆創新ppk

云帆X-120固定翼無人機搭載云帆創新ppk

GNSS接收機記錄靜態數據

具體操作如下：

在測區的四周選中幾個開闊點作為像控點，將云帆smart GCP開機放在選中的地方或者用rtk在選中的地方進行點測量并做好標記；接著在測區盡量中間區域選擇起飛點，首先選中某點作為rtk架立點，然后用rtk測量該點經緯度坐標并做好地面標記且記錄點坐標數據；接著把rtk架立并記錄靜態數據（蘑菇頭連接手薄或者手機軟件，靜態設置中將時間間隔設置為1hz或者1s）；最后將大疆精靈4  Pro 2.0或者云帆X-120開機并規劃航線進行照片數據采集。　

導出并整理數據

將無人機的內存卡取出，用讀卡器將照片數據導入電腦的新建文件夾（照片順序不能變）；將無人機上搭載的云帆ppk內存取出并導出數據；將云帆smart  GCP像控點內存卡取出并按測區內擺放順序導出并記錄或者將rtk中像控點的數據導出（經緯度格式）；用數據線將rtk中的靜態數據導出并用rinex轉換軟件將數據轉換成通用格式。接著用云帆后差分處理軟件將無人機搭載的云帆創新ppk和rtk（GNSS）的靜態數據進行解算，并得出建模需要的POS數據。

后差分處理數據

后差分處理完成后，我們會得到POS、events POS兩個文件，其中我們需要使用的是events POS；并且需要用wps表格將該POS進行整理并另存為.csv格式。

處理后得到的數據

軟件處理

檢查整理好照片數據和POS數據是否一致。數據處理可選用photoscan或者PIX 4D等專業化軟件進行全自動化處理，并且得到我們所需要的DSM、DOM、DLG 等測量成果。

我們以PIX 4D為例。打開pix 4d軟件，新建一個工程項目（名稱用字母或者數字，不能出現漢字），首先將我們整理好的照片數據和POS數據導入軟件，然后進行初始化處理，如下圖：

精靈4 Pro 2.0和云帆X-120初始化

導入像控點，選擇正確的坐標系，像控點導入之后進行刺點（Shift+鼠標左鍵），每個像控點至少刺3到9張照片，盡量把所有能看到點的照片都刺上；并且每個像控點都要刺。內業操作流程跟無人機品牌、類型無關，所以導入數據或者刺點方式都一致。

精靈4 Pro 2.0和云帆X-120刺點

處理點云和紋理、DSM正射影像和指數。

精靈4 Pro 2.0和云帆X-120點云、正射等處理

生成點云、DSM、正射影像。

查看文件夾。

二、土方量測量

土方計算的關鍵在于原始地形地貌和開挖后地貌的準確表達。ARCGIS 計算土方量以數字高程模型( DEM) 作為基礎通過空間分析和疊加分析功能對開挖前后地形模型進行分析并用ARCGIS 軟件所帶的統計分析模塊計算填挖區域的體積，得到最終的填挖土方量。

ARCGIS 軟件利用柵格數據計算土方量的。柵格數據結構簡單，非常利于計算機操作和處理，是GIS 常用的空間基礎數據格式。基于柵格數據的空間分析是GIS 空間分析的基礎。ArcGIS 柵格數據空間分析模塊( Spatial Analyst) 提供有效工具集，方便執行土方量的計算問題。通過傾斜攝影測量的方法獲得將前期地表數據和后期地表數據網格化數據，對兩個格網數據進行差計算，其差值就是該格網點的填(挖) 高度。

基于ArcGIS 計算挖填土方量的基本原理，應用軟件進行土方量計算的具體工作可歸納為以下幾個步驟。

1. 數據準備

準備通過攝影測量得到的開挖前DEM 和開挖后DEM 或由設計數據生成的DEM 數據。

2.數據處理

檢查數據坐標系統的統一性，保證兩期數據具有相同的坐標系統和高程系統，坐標系統應為高斯投影平面坐標

3.土方量計算

通過3D Analyst 工具→柵格表面→填挖方工具來計算土方量。圖中對話窗口中選擇輸入兩期DEM數據，輸出柵格為最終提取出的開挖或回填范圍內的DEM 數據存儲位置。

ARCGIS 計算填挖方工具對話框

4.土方量統計

根據最終提取出的開挖或回填范圍內的DEM數據，利用ArcGIS 的統計功能統計填挖方量。

三、結語

云帆創新 GAMA PPK無人機和云帆X-120固定翼無人機后差分方案成果結合ArcGIS 軟件計算土方量，其精度可靠，外業工作量小，內業自動化程度高。在其提供可視化成果之上實現量算、查詢等功能。