无人机航测在高速公路建设中的应用

赵 青 岩

(山西路桥建设集团阳蟒高速公路有限责任公司,山西 太原 030000)

阳蟒高速公路位于太行山、中条山的衔接处，区内地形地貌复杂，沟壑纵横，桥隧比例高达56%，采用传统方法进行地面精确测绘工作任务繁重，困难较大，周期较长。通过采用无人机航测技术，节约了时间，降低了费用，取得了良好的效果。

1 无人机航测的概念

无人机航测一般使用固定翼无人机，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势，系统携带的数码相机、数字彩色航摄相机等设备可快速获取地表信息，获取超高分辨率数字影像和高精度定位数据，生成DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据，便于进行各类环境下应用系统的开发和应用。通过大规模信息处理系统数据处理能够为各类用户提供高质量的定制数据处理服务，可提供4D产品(DOM,DLG,DEM,DRG)服务。无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向，是传统航空摄影测量手段的有力补充。可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面。

2 无人机航测工作流程

首先依据初步设计的路线走向，制作路线走向的KML文件(备注：KML是开放地理空间联盟维护的国际标准。可用于在地球浏览器、Google地球、Google地图和谷歌手机地图中显示地理数据和浏览线路走向)。KML文件制作完成后，无人机航测系统依据线路走向KML文件进行飞行测量，其工作流程如下。

2.1 无人机航拍服务的业务流程

区域确定(确定航拍区域矩形四角84坐标)；现场勘察(飞行空域、起降场地、空中管制)；航线规划(飞行航线、作业高度、飞行架次)；任务载荷设定(数码影像、胶片、视频、监控)；签订合同(预付款、作业约定、验收标准)；执行飞行(飞行器运输、飞行作业、安全保障)；确验效果(成片数量、航摄范围、图像质量)；后期制作(纠偏、拼图、配准、剪辑、输出)。

2.2 航测过程中的关键注意事项

2.2.1航测任务规划

由于阳蟒高速公路沿线地形起伏较大，而我们的航测要求成图比例尺为1∶500，为了满足航测精度，同时避免发生无人机撞山事故，根据地形起伏情况和预定飞行高度，我们将全线划分为三个段落，K0+000～K17+200段相对高差约为100 m，划分为一个架次，K17+200～K31+000段相对高差约为200 m，划分为一个架次，K31+000～K39+093段相对高差约为500 m，划分为一个架次。

2.2.2航测系统硬件选择

阳蟒高速公路沿线自然植被丰富，森林覆盖率达65%以上，为了确保飞行安全，我们选择了上海华测P700E翔宇系列无人机，P700E为电动固定翼无人机系统，采用军工一体化生产技术，上单翼V尾布局，使用双发电动引擎，有效载荷大，续航时间长，弹射起飞，开伞降落，单架次作业面积可达35 km2,即使发生坠落事故，由于其开伞降落的方式，不会发生人员财产损失和火灾，其具体参数见表1。

表1 航测无人机P700E技术参数

选择好航测设备后，还需要整个系统协同工作，我们采用的低空无人飞行器的测绘遥感系统由任务设备系统、地面导控软件、数据处理系统组成。

任务设备就是根据现场环境条件和航测要求选择的飞行器和航测相机型号；地面导控软件则负责提供与空中载具双向通讯完整的人机沟通界面，包含飞行影像与资料的即时显示、各种飞行机载控制命令上传、任务规划(MissionPlan)、飞行控制(FlightControl)及归航(PlayBack)等3项涵盖飞行前、中、后的操作功能。数据处理系统整合GoogleEarth，具体产品包括：Pips空三云软件、Pips测图云软件、Pips正射影像云软件、Pips并行云管理器软件、影像预处理、匀光匀色、单片正摄、生成DEM等。可提供详细卫星地图及地形地貌，且包含道路、桥梁、建筑物、河流、山区等各式资讯。

2.2.3航测成果的具体技术要求

我们提出的具体技术要求涵盖了设备硬件、飞行条件、精度要求，以及国家有关标准。航测图幅比例要求为1∶500比例尺的地形图；采用华测P700E飞机挂载NikonD810相机；相对飞行高度：250 m；测区大小要求约0.4个平方公里重叠：航内85%，航间65%；实际坐标为：WGS84坐标；精度控制要求为像控点个数10个，像控点间距为测区外围最大控制点间距间隔500 m。

质量要求为所获取影像为真彩色数字影像，航片色彩均衡一致，影像明亮度、饱和度、对比度良好；按5 cm地面分辨率进行技术设计；航线按图廓中心线敷设，像对之间几何无缝接边、自然，航向、旁向重叠度满足要求；图幅之间的几何接边、灰度接边要基本保持一致；航片倾角不大于5°，最大不超过12°，数码相机旋偏角不大于15°；数据格式满足要求。

3 航测应用的经济技术优势

3.1 保留原地貌高清影像，避免抢栽抢种，利于优化设计

1∶500的高清彩色正射影像图清晰反映了路线沿线的地面附着物情况，施工图设计完成批复后，我们及时发出通告，广而告之，有效避免了抢栽抢种等违规现象。应用无人机航测成果可以与原设计单位提供的全野外数字化地形测绘成果进行相互校核，便于进一步优化设计。

3.2 精确进行工程量计算复核

清表完成后，无人机搭载激光雷达扫描设备，对全线进行航测，即可生成点云数据，将沿线500 m幅宽内原地貌数字化，该数字化的地面模型，可进行挖填方土石方工程量的精确测定，迅速准确。

3.3 节约了测绘时间

传统航测手段无法获得彩色高清地图，且审批困难，周期在3个月以上。我们采用无人机航测方案，仅用2 d时间就完成了长40 km，宽度为1 000 m的带状高清彩色地图测绘任务，且审批手续简便，不受航空管制影响。

3.4 节约了测绘费用

采用传统航测方法，需要费用近200万元，采用无人机航测方法费用仅20万元左右。

4 结语

航测是传统地面测绘的有力补充，在阳蟒高速公路建设中取得了一些成功的应用，但是在公路工程施工过程中由于存在大量的隐蔽工程、水下工程或者被树木遮盖区域，所以传统的实地勘察工作仍然是必要的。

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