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摘要：运用低空无人机航空摄影测量技术在基坑工程监测工作中采集并制作基坑工程的720度全景成果及倾斜实景三维模型成果，通过将以上成果与传统基坑工程监测工作进行融合对比、相互结合等研究，分析无人机航测技术在基坑工程监测项目中的应用。希望通过该研究实现基坑工程监测工作的三维可视化、数字化、智能化发展，为基坑监测及巡检工作提供一种可视化程度高、全局全面性强、具有一定分析参考意义的无人机航测数据，来大大提升基坑工程监测工作质量及效率。为低空无人机航空摄影测量技术在基坑工程监测工作中的应用提供参考。

关键词：基坑工程监测;无人机航空摄影测量;720°全景;倾斜三维模型

0  引言

随着建筑业不断发展，城市内建筑周边环境及施工影响因素越来越复杂多变，基坑工程监测工作也面临着新的挑战，基坑工程监测工作变得尤为重要，基坑工程监测工作已经成为保障工程安全、减少重大人员财产损失的一道关键屏障[1]。国标《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497-2019）中基坑工程监测项目一般规定明确规定，基坑工程监测包括巡视检查和仪器监测，仪器监测可以取得定量的数据，进行定量分析;以目测为主的巡视检查更加及时，可以起到定性、补充的作用，从而避免片面地分析和处理问题。传统巡视检查工作主要是通过有经验的监测人员每天对基坑工程进行巡视检查，基坑工程施工期间的各种变化具有时效性和突发性，加强巡视检查是预防基坑工程事故非常简便、经济而又有效的方法[2]。本文通过将低空无人机航测技术引入基坑工程监测工作进行相关应用研究，探索无人机航测影像成果识别及倾斜三维模型在基坑工程监测工作中的应用及效果。希望通过该方法与传统基坑工程监测工作相互结合、补充、完善，来探索实现全局全面、准确可靠、快速高效、提升安全的基坑工程监测新方法。为提升基坑工程监测工作效率，提高基坑工程监测可视化信息化数字化发展。为低空无人机航空摄影测量技术在基坑工程监测工作中的应用提供参考。

1  基坑工程监测概述

1.1 基坑工程及其监测含义

基坑工程指为了保证基坑施工、主体地下结构的安全以及周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填，其中包括了勘察、设计、施工、检测等，因此称作基坑工程。基坑工程是集地质工程、岩土工程、结构工程和岩土测试技术于一体的系统工程，主要内容有工程勘察、支护结构设计和施工、土方开挖和回填、地下水控制、信息化施工及周边环境保护等（见图1）。

基坑工程监测是在建筑基坑施工及使用阶段，要求采用仪器测量、现场巡视等手段和方法对基坑及周边环境的安全状况、变化特征及其发展趋势实施的定期或连续巡查、量测、监视以及数据采集、分析、反馈等活动。

1.2 基坑工程监测目的

开展基坑工程现场监测的主要目的有四方个面：

（1）为信息化施工提供依据。通过监测随时掌握岩土层和支护结构内力及变形情况以及周边环境中的各种建筑设施变形情况等，将监测数据与设计值进行对比、分析，以判断施工是否符合预期要求，以便及时确定和优化下一步施工工艺及参数，以此达到信息化施工的目的，使得监测成果成为现场施工工程技术人员做出正确判断的依据。

（2）为基坑周边环境建筑及各种设施的保护提供依据。通过对基坑周边建筑、管线、道路、文物等现场监测，验证基坑工程环境保护方案的正确性，及时分析出现的问题并采取有效措施，以保证周边环境安全。

（3）为优化设计提供依据。基坑工程监测是验证基坑设计的重要方法，基坑工程监测可以为动态设计和优化设计提供重要依据。

（4）是发展基坑工程设计理论的重要手段。基坑工程监测应做到可靠性、技术性、经济性统一。监测方案应以保证基坑及周边环境安全为前提，以监测技术的先进性为保障，同时也要考虑监测工作的经济性。在保证监测质量的前提下，降低监测成本，达到技术先进性和经济合理性的统一。

1.3基坑监测巡查内容及方法

基坑监测工程应采用仪器监测与巡视检查相结合的方法，多种监测方法互为补充、相互验证，以便及时、准确地分析、判断基坑周边环境的状态。

基坑工程施工和使用期内，每天均应由专人进行巡视检查。主要巡视检查工作内容包含：支护结构、施工状况、周边环境、监测设施及其他设计要求或当地经验确定的其他巡视检查内容。

巡视检查宜以目测为主，可辅以锤、钎、量尺、放大镜等器具以及摄像、摄影等设备进行。对自然条件、支护结构、施工工况、周边环境、监测设施等的巡视检查情况应做好记录，及时整理，并与仪器监测数据进行综合分析[2]。

2  无人机航测概述

2.1 无人机航测技术

无人机航测技术是充分利用无人飞行器技术、摄影测量技术和通信技术来获取目标空间位置信息的测量技术[3]。其以在测绘工程测量方面的高效、高精度等优势，使其广泛应的用于地理空间信息获取、环境监测、地质地貌调查研究等领域。随着无人机航测技术的不断发展无人机航测技术已在国土测绘、电力、水利、交通、建筑、环保等领域得到广泛关注和应用研究，越来越多的非测绘行业技术人员开始关注该技术并在自己行业进行应用和研究。其最基本的特点是测量范围广、测量速度快、测量效率高、数据处理自动化程度高、实景三维成果可视化效果好，便于项目全局立体的位置信息理解和信息传递。

2.2 航测作业流程

2.2.1航线规划

无人机航线规划是航测任务的核心内容，航线规划主要包含飞行器参数、相机参数、飞行作业区域等。飞行器参数依据项目要求和测区地形和建筑物的高度决定;飞行高度越低分辨率越高，最高飞行高度应符合相关空域限高要求。按倾斜三维建模要求航向重叠度和旁向重叠度至少均为70%以上及结合项目进度和实际情况，设置合理飞行速度。相机参数依据实际环境情况根据天气选择对应快门速度。飞行区域规划需结合环境限制与飞行约束条件，从整体上制定最优参考路径，常用的航线规划方案为构架线;同时在飞行过程中遇到的突发情况，如地形、气象变化、未知限飞禁飞因素等，局部动态地调整飞行路径或改变动作任务[4]。

2.2.2飞行执行

根据飞行作业要求，寻找合适的起飞点并进行临时围蔽，在设备检查完毕，并确认起飞区域安全后，将无人机解锁起飞开始执行规划好的航线任务。

2.2.3飞行监控

无人机在航飞过程中飞手应密切关注飞行器状态，飞行高度，飞行速度以及实时图传，飞行器卫星数，遥控器信号，飞行器电池电量等信息。同时观察飞控显示屏信息窗口来监测飞行器荷载相机是否正常持续拍照。

2.2.4飞行结束

无人机完成飞行任务后，降落至事先已围蔽好的安全起降区域内，以确保起降过程的安全。完成降落后检查荷载相机中的影像数据是否完整。数据采集完成后，需对采集的影像数据进行质量检查，对不合格的区域进行补飞，直到采集的所有影像质量均满足航测要求[5]。

2.3 航测数据处理

将采集完成的航片数据导入专业三维建模软件，完成空中三角测量解算，然后根据实际工作要求选择对应坐标系统、高程系统及重建兴趣区域开始进行三维模型重建，生成正射影像、地形图、倾斜三维模型等成果[6]。

或将无人机采集的720度全景航片导入专业720VR看图软件或通过720全景生成器生成无人机航测实景720°全景VR成果（见图2）[7]。

3  应用案例

3.1 项目概况

本次实验项目分别选择位于广州市增城区新塘镇，创建路南侧，新光路西侧，香山大道东侧的粤水电科技创新中心主体沉降观测项目和位于广州地铁11号线（在建）江泰路站的广州市轨道交通十一号线工程江泰路站五凤站区间监测项目。

粤水电科技创新中心项目如图3（a）分为四个单体，分别为研发A、B塔楼和C、D裙楼，地下室为一层。研发A塔楼建筑层数为地上二十二层，地下一层，结构高度97m，总建筑面积33565.41㎡，结构类型为：框架+核心筒结构。江泰路站五凤站区间如图3（b）项目右线设计起讫里程为YDK36+804.092至YDK38+307.500，全长1503.408m，左线设计起讫里程为ZDK36+799.869至ZDK38+345.500，ZCK37+810.000=ZDK37+808.170长链1.830，全长1547.461m。

3.2航测数据采集

本文实验案例分别采用大疆御Mavic Air 2如图4（a）和大疆经纬M300RTK如图4（b）无人机。大疆经纬M300-RTK搭载禅思P1全画幅（免像控平面精度3cm，高程精度5cm，4500万像素）传感器采集高清影像。

粤水电科技创新中心采用大疆御air2自带全景功能完成720°全景巡查数据采集[8] ，数据采集位置如图5（a）所示，共采集7个点，其中1号点飞行高度70米，2-5号点飞行高度25米，D1-D2号点飞行高度2米，共采集720度全景航片7张。

广州市轨道交通十一号线工程江泰路站～五凤站区间监测项目依据航线设计依据《低空数字航空摄影测量外业规范》及研究区域实地踏勘情况，航线设计为相对飞行航高设置为90m，航向重叠度为75%，旁向重叠度为70%（见图5（b）），共获取研究区影像328张。

3.3航测成果效果

3.3.1 720度全景成果

本次全景试验成果通过720yun专业VR全景网站制作生成[9]，全景成果如图5（c），其中图5（a）为无人机全景功能采集后初始航片数据，如图5（b）为720yun制作全景VR成果过程，生成图5（c）VR成果。通过图5（c）可以直观了解基坑工程整体进度情况，为基坑工程监测提供一种全局性整体巡查手段，且测点点号及测点实际状况清晰可见，巡查效果良好[10] 。同时通过图5（d）可以细致观察到测点情况及基坑开挖情况，细节巡查记录直观且为数字化，大大提高巡检 数据存储及应用。

3.3.2 倾斜三维模型成果

本次实验采用大疆智图完成倾斜三维建模制作。通过将外业采集的328张航片导入大疆智图，自动化完成空三解算及三维模型重建。图6（a）为生成为的倾斜三维模型成果，通过倾斜三维模型可以直观、准确的获取（量取）基坑工程中各支护结构、基坑开挖深度及宽度及周边影响区的三维尺寸信息（模型平面精度可高达3cm，高程精度5cm）。大大提高基坑工程监测巡查安全程度及巡查数据的全面性、准确性[11]。图6（b） 为通过实景三维模型成果以非接触式获取基坑支护结构及基坑开挖等尺寸信息。

4 结语

针对实现基坑工程监测工作的三维可视化、数字化、智能化发展，为基坑监测及巡检工作提供一种可视化程度高、全局全面性强的方法，本文介绍了一种基于低空无人机航空摄影测量技术在基坑工程监测中的应用研究，通过将低空航测技术与传统基坑工程监测工作相结合，运用无人机航测的全景VR及倾斜实景三维模型等成果对传统基坑工程监测工作进行补充完善，可以进一步提高基坑工程监测数据信息的可视化程度及全局全面性，从而为基坑工程监测、设计、施工等作业提供客观、科学的依据。为低空无人机航空摄影测量技术在基坑工程监测工作中的应用提供参考。

参    考    文    献

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[2] 建筑基坑工程监测技术标准：GB 50497-2019[S].北京：中国计划出版社，2019.

[3] 李佳雯. 基于无人机图像的基坑工程安全监测研究[D].华中科技大学硕士论文，2018.

[4] 魏廷亮. 无人机航测技术在土遗址保护工程中的应用[J].地矿测绘，2022，38（1）：48-51.

[5] 鲁恒. 利用无人机影像进行土地利用快速巡查的几个关键问题研究[D].成都：西南交通大学硕士学位论文，2012.

[6] 周聪，吴桐，杨海华.基于物联网和云平台的农村地区削坡建房风险排查方法研究及应用[J].广东土木与建筑，2021，28（12）：1-4.

[7] 郑嘉立. 大疆精灵4ProRTK无人机航测成图像控点密度与成果精度研究[J].福建建筑，2022，283（01）：116-119.

[8] 胡福龙，郭军海，贺浩，等. 四旋翼无人机在基础工程施工中的应用探讨[J].山西建筑，2021，47（8）：80-81.

[9] 张成文，邢玉娟，马少斌. 720°全景拍摄技术的探索与实践[J].兰州文理学院学报，2021，35（1）：52-55.

[10] 郭亮，梁智浩，梁飞龙，等. 720°生态全景影像获取与应用技术研究[J].地理空间信息.2020，18（11）：12-14+25.

[11] 胡贝. 无人机遥感测绘在基坑监测中的应用研究[J].工程建设与设计，2020，12：242-243.