無人機(jī)測量技術(shù)在工程審計(jì)中應(yīng)用

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[摘要]工程審計(jì)是高校內(nèi)部審計(jì)工作的重要內(nèi)容之一。施工現(xiàn)場一般較為復(fù)雜，面積覆蓋范圍廣、立體交叉、危險(xiǎn)因素多、特殊區(qū)域難以進(jìn)入，審計(jì)窗口期較窄。研究無人機(jī)測量技術(shù)在跟蹤審計(jì)取證鑒證、收量復(fù)核、檢查監(jiān)督等方面的應(yīng)用，可滿足審計(jì)工作的需要，有效解決工程審計(jì)中的困難，提高審計(jì)質(zhì)量，降低審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

[關(guān)鍵詞]無人機(jī);內(nèi)部審計(jì);測量技術(shù);工程項(xiàng)目

程項(xiàng)目審計(jì)是高校審計(jì)工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。審計(jì)是評(píng)價(jià)工程項(xiàng)目流程是否合規(guī)、工程質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)、資金使用是否合理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要及時(shí)對(duì)現(xiàn)場工程量及其變更進(jìn)行核定，并對(duì)結(jié)算進(jìn)行最終審定。高校工程項(xiàng)目具有施工現(xiàn)場復(fù)雜、交叉施工多、工期長短不一、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，受施工現(xiàn)場不確定因素多、內(nèi)審力量不足、安全管理欠缺等方面的約束，審計(jì)取證鑒證、收量復(fù)核、檢查監(jiān)督等工作量大、時(shí)效差、效率低，審計(jì)工作存在較大風(fēng)險(xiǎn)。工程施工階段工藝復(fù)雜，工程變更時(shí)有發(fā)生、工程隱蔽不可避免，跟蹤審計(jì)管理難以全部到位；鑒證資料不完備、議價(jià)不及時(shí)、工程計(jì)量不準(zhǔn)確、傳統(tǒng)方法核實(shí)困難等問題經(jīng)常出現(xiàn)，審計(jì)質(zhì)量難免受到影響，增大審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。無人機(jī)適合復(fù)雜場地作業(yè)，在取證鑒證、復(fù)核收量、檢查監(jiān)督等審計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行應(yīng)用，可拓寬取證鑒證的空間視野，增強(qiáng)審計(jì)的時(shí)效性，有效解決跟蹤審計(jì)獲取原始資料的困難。無人機(jī)應(yīng)用于審計(jì)領(lǐng)域，可豐富審計(jì)工作方法，提升審計(jì)效率，降低審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。2020年，在山東科技大學(xué)校內(nèi)豆沫山綠化項(xiàng)目審計(jì)工作中，采用無人機(jī)低空傾斜攝測量技術(shù)，創(chuàng)新性開展了山地綠化工程審計(jì)方法研究，對(duì)該工程項(xiàng)目進(jìn)行了現(xiàn)場取證鑒證、收量復(fù)核和檢查監(jiān)督工作。

一、豆沫山綜合治理工程審計(jì)主要內(nèi)容及困難

豆沫山位于校園中部偏西，系小珠山支脈，為花崗巖山地，風(fēng)景優(yōu)美，海拔140米，山麓周長約2300米，投影面積約0.3平方千米。山表覆土與碎石較多，開墾較為嚴(yán)重，植被破壞較多，土壤碎石松動(dòng)，雨天易造成泥石流，易引發(fā)局部地質(zhì)災(zāi)害，帶來較大危險(xiǎn)。豆沫山東側(cè)為體育運(yùn)動(dòng)場、籃球場、網(wǎng)球場，學(xué)生、員工活動(dòng)密度大；南側(cè)為環(huán)山主干道和教工生活區(qū)，車流人流密集；西側(cè)為駕培基地、實(shí)訓(xùn)中心，實(shí)習(xí)人員流動(dòng)持續(xù)；北側(cè)為實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)山交通道路，車流人流難以管控。校園師生員工及流動(dòng)人口約4萬多人，山上人員常有活動(dòng)。影像圖見圖1。為改善辦學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施保障條件、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境并保障學(xué)校安全，2019—2020年對(duì)豆沫山進(jìn)行綜合治理，主要內(nèi)容包括對(duì)籃球場擋土墻進(jìn)行維護(hù)，對(duì)西側(cè)土堆滑坡進(jìn)行護(hù)理，對(duì)山坡泄流排水渠進(jìn)行修建，進(jìn)行草皮綠化、植樹造林等。該項(xiàng)工程審計(jì)存在的主要困難有：一是涉及多家施工單位，頭緒多，施工工期較長，部分工程時(shí)段又比較集中。比如，排水渠修建維護(hù)集中在雨季，反復(fù)施工，工程量不易計(jì)量，收量復(fù)核較為困難。二是危險(xiǎn)因素多，山地施工交叉作業(yè)多，工況復(fù)雜、地形起伏，取證鑒證、檢查監(jiān)督等工作受安全施工和人員不足等因素制約，獲取全面的審計(jì)資料具有一定困難，審計(jì)作業(yè)存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

二、審計(jì)技術(shù)方案與路線

針對(duì)工程實(shí)際，依據(jù)審計(jì)要求，制訂審計(jì)資料采集方案。方案采用無人機(jī)航攝審計(jì)測量實(shí)施作業(yè)方法，無人機(jī)搭載5鏡頭，從5個(gè)不同視角進(jìn)行傾斜攝影測量采集審計(jì)場景影像，航片要求分辨率精度3厘米，無特別遮擋物，飛行高度為150米。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，確定無人機(jī)起飛、降落地區(qū)位于高地運(yùn)動(dòng)場；在現(xiàn)場呈矩形布設(shè)6個(gè)像控點(diǎn)，并進(jìn)行十字標(biāo)注；后期制作1:500地形模型，獲取到信息豐富的地表覆蓋物和地形高分辨率圖斑；使用Smart3D軟件建立豆沫山實(shí)景三維模型；利用EPS和CASS軟件對(duì)豆沫山三維數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析并導(dǎo)出模型。通過GNSS、慣性測量單元IMU、POS數(shù)據(jù)等進(jìn)行空中三角測量、密集匹配、數(shù)據(jù)融合等環(huán)節(jié)和步驟，生成數(shù)字表面模型DSM，通過紋理映射進(jìn)一步生成審計(jì)場景實(shí)景三維模型，可獲取審計(jì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的數(shù)字正射影像圖DOM和數(shù)字高程模型DEM，清晰記錄施工現(xiàn)場情況、提取審計(jì)鑒證資料。根據(jù)鑒證資料進(jìn)一步完成長度、高差、表面積、體積等測量工作，實(shí)現(xiàn)工程區(qū)段長度、區(qū)域面積、土石方等工程量的收量復(fù)核。具體技術(shù)路線見圖2。

三、審計(jì)數(shù)據(jù)采集與處理

（一）審計(jì)原始數(shù)據(jù)外業(yè)采集

選用大疆精靈4pro無人機(jī)搭載DJIFC6310S相機(jī)（感應(yīng)器尺寸13.2毫米，焦距8.8毫米）作為審計(jì)數(shù)據(jù)鑒證作業(yè)平臺(tái)。為滿足任務(wù)的精度要求，航向重疊率設(shè)置為80%，旁向重疊率設(shè)置為80%，高度設(shè)置為150米，分3個(gè)步驟完成航攝任務(wù)，航攝規(guī)劃路線見圖3。

（二）審計(jì)原始數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理

將無人機(jī)三維坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度、飛行高度）、姿態(tài)（航向角、俯仰角和翻滾角）與對(duì)應(yīng)影像數(shù)據(jù)重新加載，附加PPK天線與GPS測量儀數(shù)據(jù)提升精度。

（三）審計(jì)鑒證資料生成

模型生成階段的主要步驟有：首先，將航測影像及實(shí)測POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入Smart3D軟件中，進(jìn)行空中三角測量解算；其次，用POS數(shù)據(jù)對(duì)導(dǎo)入的影像進(jìn)行“刺點(diǎn)”操作，使像控點(diǎn)坐標(biāo)與影像中對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)的坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)，同時(shí)進(jìn)行二次空中三角測量解算；再次，分塊重建后生成OSGB格式豆沫山三維模型；最后，采用Meshmixer軟件對(duì)模型明顯缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，形成審計(jì)鑒證影像資料。審計(jì)人員可以多角度觀察地物，直觀得到地物的實(shí)際紋理和基礎(chǔ)信息，見圖4。

四、審計(jì)工程量收量計(jì)算

（一）植被面積計(jì)算

將生成的豆沫山三維模型導(dǎo)入3dsMax軟件中，計(jì)算出豆沫山山體的表面積SA。通過監(jiān)督分類和目視解譯，人工標(biāo)識(shí)出綠色植被的覆蓋區(qū)域，生成TIN表面模型，確定邊界點(diǎn)圍定工程區(qū)域，得出山體表面綠植的總面積SG，據(jù)式（1）可計(jì)算該區(qū)域的植被面積覆蓋比FVC。經(jīng)計(jì)算，豆沫山西側(cè)山坡撒播草種植被的面積為5800平方米，與實(shí)際綠植種植面積相比較，使用無人機(jī)實(shí)景三維建模后計(jì)算得到的綠植面積的精度能夠滿足審計(jì)需要。

（二）工程土石方計(jì)算

①將施工某期數(shù)據(jù)模型OSGB通過DSM導(dǎo)入EPS；②在EPS中控制點(diǎn)位布置間距，達(dá)到算量精度要求；③對(duì)高差較大的點(diǎn)位進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)注并增密；④設(shè)置dwg格式參數(shù)，導(dǎo)出點(diǎn)坐標(biāo)、高程地形數(shù)據(jù)文件；⑤利用地理性數(shù)據(jù)文件在Civil3D軟件中重建地形曲面，完成原始地形建立；⑥確定土石方開挖基礎(chǔ)位置坐標(biāo)及標(biāo)高，根據(jù)土石方開挖方式及位置，在原始地形上建立開挖模型；⑦計(jì)算土方工程量，為達(dá)到更為精準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果，在進(jìn)行土石方量計(jì)算時(shí)采用格網(wǎng)法，通過體積微元對(duì)地表格網(wǎng)進(jìn)行劃分，隨后將體積微元地形簡化為四棱柱體，最后通過空間插值確定地形高程，見式（2）。式中表示網(wǎng)格點(diǎn)高差，表示原始地形高程，代表差值地面高程，累積土方量為V，計(jì)算區(qū)域?yàn)?，單位積分面積為ds，即區(qū)域網(wǎng)格面積。經(jīng)計(jì)算，本工程的土石方量為8100立方米。

（三）綠植株數(shù)計(jì)算

采用先辨樹種，再計(jì)數(shù)量的方法，得到新栽樹木的種類和數(shù)量：①基于無人機(jī)航拍正射影像DOM，借助ArcGIS深度學(xué)習(xí)模塊，通過形狀指數(shù)、紋理特征，使用Tree_point_classification構(gòu)建高分離性特征參量模型，提取出影像中包含的所有樹木，排除了原有樹種干擾，識(shí)別出海棠、櫻花和杜鵑等樹木。②利用MATLAB軟件，識(shí)別所栽種海棠樹和櫻花的樹冠紋理，完成樹木數(shù)量提取。識(shí)別結(jié)果為：海棠樹干直徑1—2.5厘米，樹冠直徑約60厘米，12,000株；櫻花樹干直徑約5厘米，樹冠直徑約100厘米，186株；灌木杜鵑約8600株。

（四）數(shù)據(jù)結(jié)果與精度

使用無人機(jī)對(duì)豆沫山綠化工程進(jìn)行建模得到的綠植面積，與實(shí)際撒播草種植被面積的數(shù)值差異在許可范圍之內(nèi)；通過格網(wǎng)法得到的土石方量，若構(gòu)網(wǎng)的點(diǎn)在數(shù)量上有差別，可能導(dǎo)致最后建成的模型存在顯著差異；選取目標(biāo)區(qū)域邊界和平場標(biāo)高較為容易，且更接近真實(shí)值，此方法在精度上高于傳統(tǒng)土方量計(jì)算方法；通過對(duì)施工現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研及對(duì)相關(guān)影像信息的目視解譯，得到綠植的具體種類及其詳細(xì)信息。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)得到的綠植數(shù)量與實(shí)際吻合度較高，綠植的外廓信息可信度非常高。

五、結(jié)論與展望

無人機(jī)技術(shù)在工程審計(jì)中可準(zhǔn)確獲取傳統(tǒng)方法難以獲取的審計(jì)資料，減輕了審計(jì)外業(yè)工作負(fù)擔(dān)，提升了審計(jì)效率。上述方法可實(shí)現(xiàn)多時(shí)域?qū)徲?jì)所需的簽證資料和數(shù)據(jù)，可有效降低審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，擴(kuò)展了高校內(nèi)部審計(jì)方法和手段，提高了審計(jì)質(zhì)量。為進(jìn)一步優(yōu)化無人機(jī)技術(shù)在工程審計(jì)中的應(yīng)用，應(yīng)建立一套無人機(jī)取證鑒證、收量復(fù)核、檢查監(jiān)督的規(guī)范工作流程，逐步完善利用無人機(jī)進(jìn)行工程審計(jì)的方案制度，從而獲得更加客觀、精確且實(shí)效性強(qiáng)的審計(jì)資料，提高審計(jì)效率。

作者:陳麗 卿熙宏 路蓓蓓 楊倩 單位:山東科技大學(xué)