无人机航测系统在公路带状地形测量中的应用探究

张家麟

摘要：无人机航测系统广泛应用于各个领域，其优点较多，包括灵活机动、快速高效、准确精细等。在公路建设中，利用无人机对带状地形进行航测具有较大的发展前景，相关研究显示，这一测量方法的误差较小，测量结果准确性较高，对于地形图绘制、公路设计起到了辅助作用。本文对无人机航测系统进行了概述，提出了其在公路带状地形测量中的应用策略。

关键词：无人机航测系统；公路带状地形；测量

公路的带状地形测量多由全站仪测量法、GNSS PTK测量法、传统航空测量法来实现。前两种测量方法需要的人力资源较大，不适用于地形破碎、建筑密集的地点；后一种测量方法尽管较为成熟，但成本较高，影响因素较多，诸如天气条件等，其摄影需要较长周期。随着无人机技术的发展，航测系统逐渐发展为结构简单、使用便利、节约成本的新型地形测量方法。在实际应用中，无人机感测系统的应用取得了理想的效果。

一、无人机航测系统的概述

（一）系统组成

利用计算机技术，操作人员可以对无人机进行远程控制，无人机配有摄像功能，能够获取低空照片，且分辨率极高，通过信息化处理，这些图像能够转化为精度较高的地图。无人机航测系统的功能众多，包括高空拍摄、遥控及遥测、视频影像微波传输、影像信息处理计数等，是综合性的测量技术[1]。无人机航测系统的组成部分包括地面保障设备、地面监控系统、任务设备、飞控系统、飞行平台、数据处理系统。应用广泛的低空摄影测量技术系统则主要包括地面控制系统、空中摄影系统、数据处理系统三个主要构成部分。

（二）工作流程

规划测量区域的航线——控制无人机沿航线飞行并进行拍摄作业——存储拍摄数据——与地面控制系统进行数据交换并进行信息处理——无人机结束飞行任务并按计划降落——根据数据资料明确补拍是否需要进行——无人机低空摄影测量任务完成。

二、无人机航测系统在公路带状地形测量中的应用策略

（一）准备阶段

1.选择机型。测绘人员需对项目的具体需求进行确认，明确测绘目标后，根据实际需要选择合适的低空摄影设备，确定无人机型号[2]。一般来说，一般的地形测量会利用固定翼无人机，而小面积测绘、需倾斜摄影的测绘项目则可能会用到多旋翼无人机。

2.搜集地形资料。

测绘人员需要对公路周围的地形地貌进行勘察，根据公路的全长，确定无人机作业范围。同时，要调查该区域的海拔、天气等基本信息，考察是否存在隐蔽地形，分析地物覆盖情况，根据植被密度评价其视觉通透性[3]。根据实地勘测信息，完善项目的整体测绘资料，制定无人机飞行的起点和航线。

3.设备检查。为了提高无人航测的有效性，需对其进行反复检测，对无人机的各部分零件进行核查，定期维护，确保设备无故障再开始航拍工作，避免拍摄无效带来的人力和物力损失。

（二）户外作业阶段

1.控制测量。使用全站仪配合以GPS技术对路线进行控制测量，在道路两旁或设计中线附近设置GPS控制点，在高等点之间逐级设置加密一级导线点。设置四等电磁波导线测量高程，或使用水准仪进行光学水准测量。

2.航空摄影。无人机的飞行路线以设计公路走向为依据，根据项目量选择飞行架次，根据测量路线的宽度，设置每架无人机的飞行航线数量。确定无人机的飞行平台（如ZC-Ⅱ）、飞行系统（如YS09）、相机型号（如EOS 5D MarkⅡ型单反相机）、航拍时间、图像分辨率等[4]。

3.图片控制點的布设。其一，要设计相应的照片控制点标志，例如在方形喷绘纸上设计黑、白两色相间的圆形图案[5]。其二，由于公路项目的途径区域多存在较为密集的植被，可能影响拍摄精度，因而在测量前，需要人工安置测量控制点，该控制点处于公路中线位置，要确保无人机所拍摄的照片中，该标志能够被看清。控制点的拍摄要全面，包括起点、无人机交叉点、终点。其三，对相片控制点进行测量，集合全站仪测导线测量、GNSS PTK测量、GNSS静态测量等方法，提高测量效率，保证控制点的精确度。

4.空中三角测量。普通数码相机的成像效果较差，与专业的测量相机相比存在一定差距，会导致测量数据的精确度不高。且无人机在航测过程中容易受环境干扰，环境因素不利时，拍摄质量也会下降。因而，光束法区域网空中三角测量成为了处理无人机影像的关键方法[6]。无人机的像控条件很多变，拍摄结果并不规范，处理误差的方法也较为复杂，这一测量方法与这些特点恰好契合，能够将照片构成的光束作为平差单元，将中心投影的共线方程设置为平差基础方程，通过空间中光线的旋转与平移，实现模型的光线交汇效果，将区域最佳地点纳入控制点的坐标系统中，通过自动补偿的方式解决系统误差影响平差结果的问题。空中三角测量主要有三道程序，首先是数据准备，其次是自动转点，最后是空中三角测量加密。

（三）数据处理阶段

数据处理阶段主要包括两项主要工作，其一：通过信息技术手段对数据进行处理，生成数字正射影像数据集（DOM）和数字高程模型（DEM）；其二：对DEM和DOM的输出成果进行检测，保证模型数据结果的质量，提高其真实性与有效性，完成数字规划地图（DLG）的制作。这一过程可细分为数据采集和数据编辑两个环节。

1.数据采集：通过立体显示设备，或裸眼3D技术，工作人员可以观看立体影像，完成一手地图的制作。数据采集要求较高的精度标准，要将所有的可见物均呈现出来，画出包括居民区在内的所有区域的等高线，全面采集成图区域的高程点。在全数字立体模型和三角加密结果的基础上，可以对采集不同底物的高程点位置。全数字摄影测量工作站以对地形数据进行的采集，测绘人员可在实地进行对照性测量，分析并比较两种结果，统计误差[7]。若地面覆盖物的形态良好，则立体模型采集点、空三加密控制点之间具有较为一致的精度，证明此观测项目的误差不大，可以将之设置为独立检查点。空中三角测量、影响预处理等步骤将校正构像畸变纳入了考虑范围之中，但普通摄影机的精度不高，难以实现预期效果，会引发航线增多、人员任务重等问题，需要利用多拼相机加以完善。

2.数据编辑：采集人员将一手地图制成后，编辑人员需要对其进行修整，使地图更具有规范性与精准性，更加满足公路项目建设的需要。数据编辑工作包括加文字注记、删减高程注记点、拼接地图、加图幅图框、修剪等高线等。无人机航测具有偶发事件，即难以一次成像。图像不清晰，会导致信息采集的模糊、缺失、失真。此时，编辑人员需要对问题图像及你下个标注，制作半成品图，将结果反馈给外业人员。外业人员需根据实际需要进行补测，对图像质量较差的区域进行重复测量，根据补测结果完善成图。编辑工作难度大、任务重，且缺乏高素质的专业人才[8]。随着科技的发展，计算机软件可以实现等高线的自动生成，曲线编辑也可通过人机交互来完成，对这一现状有所帮助，同时，数据编辑的效率和精度也相应提高。

结束语

无人机航测系统的诞生及应用，将大量的人力从繁重的测量作业中脱离出来，将测量效率提高了十倍以上。这一测量技术逐渐取代传统的地形测量方式，既有成本低，又便捷高效，在公路带状地形的测量中具有较高的应用价值。随着设备的不断完善，地理信息数据采集等技术的提高，无人机航测系统将更加稳定、安全，其发展潜力较大，发展前景十分可观。

参考文献

[1]周进省， 赵晓米. 基于无人机航测系统的大比例尺公路带状地形图测绘[J]. 资源导刊， 2016（12）：51-54.

[2]王斌， 王军仓， 段千红，等. 构架航线在公路带状地形图测量中的应用[J]. 测绘技術装备， 2017（4）：81-82.

[2]张瑞红. 浅谈无人机低空摄影在涡河河道带状地形测量中的应用[J]. 河南科技， 2017（13）：92-94.

[4]王刚. 无人机在带状地形监测方法中的应用研究[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊）， 2016（8）：190-191.

[5]陈冲， 周进省， 尤艳红. 积云-号无人机航测系统在水利测量中的应用[J]. 资源导刊， 2017（20）：40-41.

[6]周治伍， 李萍， 王颖. 低空无人机航测在大比例尺地形测绘中的应用[J]. 工程技术：引文版， 2016（8）：00298-00298.

[7]张久龙， 李淑梅， 张利群，等. 无人机航测系统在农村1∶500地籍测图中的应用探讨[J]. 测绘地理信息， 2017（1）：69-72.

[8]廉琦. AGS200系统辅助无人机航测技术在地灾项目中的测试及分析[J]. 测绘技术装备， 2017， 19（2）：15-18.