土方测量是土地整理中的一个重要步骤，常规的土方测量方法主要利用水准仪、全站仪等仪器进行测量，测量过程复杂，劳动强度较大。随着全球卫星导航系统（Global navigation satellite system，GNSS）的不断发展和完善，基于GNSS的实时动态载波相位差分定位（Real time kinematic，RTK）技术被应用于土方测量。该技术无需架设后视点和做控制测量，可直接利用GNSS接收机进行位点坐标测量[1]，进而计算出土方量，相较常规的全站仪测量法，大大提高了测量效率，但仍需逐点测量。随着计算机数据处理技术以及航拍无人机技术的快速发展，利用无人机完成遥感测绘以及数据信息采集工作成为土地整理和规划行业的一个研究热点。无人机倾斜式摄影测量技术能够通过无人机大规模地收集目标表面数据[2]，该技术具备数据资料收集效率高、搜集信息范围广、数据源精确度高、稳定性高以及智能化程度较高等优势，已被应用于地形图测量、实景三维模型等领域[3]，通过测量地形图和实景三维模型等数据计算土方量。采用无人机倾斜摄影测量技术进行土方量计算，与常规方法相比，其作业时间缩短，且无人机航测功能客观、真实，可以测出人员无法到达地方的数据，为土方计算工作提供更高质量、更高精度的数据支撑[4]。
目前，较多学者将无人机关键技术运用到土方工程计算。例如，邹道磊[5]基于无人机倾斜摄影制作三维模型，采集高程特征点，并计算了测区土方量；程圆娥等[6]提供了使用小型无人机倾斜式摄影测量技术开展土石方量计算的方案，利用小型无人机迅速收集场景数据信息并做出三维空间模型，对模型数据结果做出相应的后处理，以消除影响土方量计算结果的地物因素并获得精确边界，再对修改后的三维空间进行建模，并完成土方量计算数据分析，从而得到最终结果。由此可见，利用无人机技术快速获取精确土方量是值得研究的课题。本文以某区域为例，使用大疆精灵四RTK无人机进行“井”字形飞行获取倾斜摄影数据，利用ContextCapture建模软件对数据进行处理，得到三维模型和正射影像数据，在EPS软件中利用三维模型等数据进行土方量计算，并对其测量结果的精度进行评价，为相关土地整理项目提供技术参考。
1 数据与方法
1.1 无人机倾斜摄影数据获取
1.1.1 无人机倾斜摄影工作原理
1.1.2 外业数据获取
在飞行前对研究区进行实地踏勘，根据踏勘情况使用大疆精灵四无人机对研究区进行数据采集。
（1）航线规划。进入平台软件，点击“规划”，选择所需的路线规划方式，设置无人机参数，如飞行高度、航速及拍摄模式等，选择定距拍摄，完成动作为返航；设置相机参数，如照片比例、白平衡、测光模式及云台角度等；设置重叠率大小；再检查返航高度及位置，校准惯性测量单元（Inertial measurement unit，IMU）及指南针。待参数设置后，根据测区范围设置飞行区域，软件会自动生成航线，再点击黄色航线方向，调整飞行方向。最后再次检查遥控器无人机各项飞行参数是否正常，确认无误后点击“调用”开始任务。
（2）数据采集作业。任务开始后，无人机会按照预计航线、航高和航速进行飞行作业，此时操作人员须时刻观察无人机的动向，警惕发生安全事故。若遇无人机电量不足，则需中断任务，使其返航更换电池，再继续作业，直至作业完成自动返航。
（3）数据导出。取出无人机携带的内存卡，插入读卡器即可读取拍摄的影像，本次共获取影像数量255张。
1.1.3 数据处理
（1）新建工程。打开ContextCapture软件中Center Master组件，点击新建工程，弹出新工程创建对话框，填入工程名，选择工程目录，点击“影像”选项卡，添加影像和目录，选择影像所在的文件夹，点击“添加”。由于RTK无人机在拍摄过程中已经将位置姿态以及相机参数等信息写入每一张影像中，因此无需进行POS信息导入、相机参数设置等操作。
（2）空中三角测量。在相应区块的“概要”选项卡中点击“提交空中三角测量”按钮，等待计算完成，点击“监视任务序列”查看任务序列信息，合理分配引擎。
（3）重建三维模型。点击“新建重建项目”按钮，在重建项目“空间框架”选项卡中设置空间参考系统，选择坐标系CGCS2000-114，切块方式选择规则平面格网切块，手动调整重建范围。重建参数设置后，在重建项目“概要”选项卡中点击“提交新的生产项目”按钮，路径选择本地，在弹出的界面中输入三维重建区块的名称Reconstruction_1，选择输出数据类型为“三维网格”，格式选择OSGB，选择相应的空间参考系统CGCS2000坐标系3度分带114度投影，范围默认，选择输出三维模型的路径，点击“提交”开始创建。
（4）生成数字表面模型（Digital surface model，DSM）。重建三维模型后可以生成DSM。重复“提交新的生产项目”操作，其中目的选择正射影像/DSM,其他参数保持不变，生成DSM，得到最终数据，如图1所示。
1.2 土方量计算方法
1.3 测量精度评价
为验证无人机倾斜摄影土方测量的精度，对测区再次进行RTK精密测量，以RTK精密测量数据计算出测区土方量，以此土方量为真值，对无人机倾斜摄影测量的土方量进行精度评定。采用相对误差检验无人机倾斜摄影数据计算的土方量精度，相对误差=|倾斜摄影数据填（挖）方量－RTK实测数据填（挖）方量|/RTK实测数据填（挖）方量。
2 结果与分析
2.1 无人机倾斜摄影土方计算
打开EPS软件，新建工程，点击“三维测图”菜单，选择“加载本地三维模型”，导入建好的模型数据，在三维模型中绘制出需要计算的土方边界线，点击“三维测图”菜单下的“土方计算”功能，打开土方计算窗口，选择已有范围线，输入设计标高，即可得到计算结果。利用无人机倾斜摄影测量计算的挖方量为2 114.35 m3，填方量为-1 071.82 m3（表1）。
表1 无人机倾斜摄影测量土方量计算结果单位：m3 |
| 项目 | 总计 |
|---|---|
| 挖方量 | 2 114.35 |
| 填方量 | -1 071.82 |
2.2 无人机倾斜摄影土方测量精度评价
2.2.1 RTK土方测量与计算
（1）外业采集。打开手簿蓝牙，连接手机网络，创建项目信息，选择坐标系统CGCS2000，连接好移动站后，移动RTK至开阔处（周围无遮挡物），等待片刻出现固定，点击“点测量”，当气泡居中且信号为固定解时，点击手簿上的定位按钮，进行测量。点击“查看”按钮即可查看数据的坐标及测量时的信号是否为固定解，通过蓝牙导出数据。
（2）土方计算。打开软件EPS，点击文件中输入输出“调入外部数据”导入数据文件，点击“生成三角网”，然后进行土方计量和填挖分析。通过三角网进行土方测量，并依次选择上表面和下表面在水平面的高度，其中上表面代表原有地形，而下表面则代表新挖掘后的地形，选择高程为50 m，点击“开始”，计算土方量结果。以RTK实测数值计算的挖方量为1 960.87 m3，填方量为-1 101.43 m3（表2）。
表2 RTK测量的土方量计算结果 (m3) |
| 项目 | 总计 |
|---|---|
| 挖方量 | 1 960.87 |
| 填方量 | -1 101.43 |
2.2.2 测量精度评价
3 结论与讨论
土方测量是土地整理中非常重要的环节之一，其测量结果关系到整个土地整理项目的总成本和进度。本文以某区域为测量区，使用大疆精灵四RTK无人机获取倾斜摄影数据，利用ContextCapture建模软件对数据进行处理并建立三维模型，使用EPS软件进行土方计算，并以RTK实测数据为真值，检验无人机倾斜摄影测量土方量计算结果的可靠性和准确性。经对比分析，无人机倾斜摄影测量和RTK实测计算的填方量测量结果相对误差较小，为2.7%；挖方量的相对误差较大，达到7.8%。两种测量方法计算的土方量结果的相对误差在10%以内，满足工程土方计算要求。使用无人机倾斜摄影测量技术能迅速得到测区数据，利用相关软件可准确有效地计算土方量，该测量技术为土方测量计算提供了方法，为加快土地整理进度、质量把控等提供了途径。随着无人机倾斜摄影测量技术的发展和完善，其在土地整理中将发挥越来越重要的作用。