随着测绘技术和电子信息技术的迅速发展,以消费级无人机为飞行平台的低空摄影测量系统已成为地理空间信息获取的重要手段。与传统摄影测量技术相比,无人机低空摄影测量系统具有高分辨率、高效率、高机动性、低成本等显著优势,已广泛应用于地理国情监测、数字城市建模、勘察测绘等领域。在工程测量应用中,该系统由于受飞行器、飞控平台、摄影相机、飞行参数、处理技术等因素影响,在测量精度、可靠性及作业自动化等方面还有待进一步改进。为此,本文以土方工程的精准、自动监测为目标,通过现场实验和仿真设计探讨无人机摄影测量用于土方监测的技术途径。主要研究内容及结果如下:(1)针对土方工程测量特点和精度要求,制定了无人机低空摄影测量数据采集和处理的作业流程并讨论了影像建模的关键技术。通过设置合理的航摄参数并对相机进行畸变纠正使无人机航摄影像的分辨率和理论精度满足土方测量要求。通过现场航摄获取实验区多期高分辨率影像数据,利用MATLAB软件对影像辐射校正,并验证了 SIFT图像匹配算法和RANSAC误匹配点剔除算法的实际效果,使用ContextCapture软件完成了实验区多期影像的精细建模。(2)通过实验数据分析了基于无人机影像建模的DSM误差特征和多期DSM叠加的精度可靠性,针对土方工程特点提出了基于基坑边缘特征点二次配准的土方测量精度改进方法。通过精度对比分析确定了最优像控布设方案,并对多期DSM叠加的相对精度和可靠性进行了统计分析。利用基坑边缘处的高程变化特征,通过泰森多边形面积加权法改正高程系统误差,并根据多期高程特征点的偏移量进行DEM的二次配准,有效改正了 DEM平面位置偏差所带来的高程误差。实例验证表明,该方法基本消除了基坑边缘高程点的突变误差,提高了无人机摄影监测土方变化的实际精度。(3)针对土方变化自动化监测的工程需求,设计了一种基于无人值守、自动起降的无人机摄影监测系统。包括系统数据采集、无人机自动起降台、通信和数据管理与处理等功能模块,阐述了系统各功能层及其相互逻辑关系;确定了无人机平台的配置参数;详细设计了系统的自动起降台,明确了无人值守的无人机摄影测量系统的作业流程。在此基础上,通过Matlab/Simulink仿真了无人机的降落过程和降落精度,初步验证了该系统应用于土方自动化监测的可行性,具有一定的实用前景。