无人机、倾斜摄影在公路测量中的应用

孙运彬，李志刚

（正元地理信息有限责任公司山东分公司，济南 250000）

1 引言

无人机平台借助高精度多角度摄像设备，能够在短时间内获取高分辨率影像，为公路施工提供基础数据信息。以带状图像为基本特征的公路地形图，需要较高的精度以及图幅之间的衔接技术。无人机的出现打破了原有的工作思维，为测绘人员打开了一片新天地。无人机和倾斜摄影技术的结合，代替了传统数据采集过程，简化了内业的数据处理，是工程测量的发展方向之一。

2 无人机、倾斜摄影的概念

无人机是一种摄影平台，测量人员将不同角度的高分辨率摄像头安装在无人机的底部，为无人机设置多项参数，在高度平稳、摄像角度一定的情况下，进行摄影[1]。一般而言，无人机的多角度摄像头拍到的影像重叠度在60%～65%。如此的重叠度，使得无人机影像的拍摄范围小，数据量所占空间大，适合在带状公路建设工程中使用。此外，无人机的摄像分辨率还在不断提高，能够容纳的地物不仅在变多，而且更加丰富。

倾斜摄影是一种确定地物点具体位置的摄影技术。对同一点进行的多角度拍摄，形成了三点定位效果。根据拍摄时无人机的高度、姿态等参数，对图像中的每个点进行立体成像，从而形成三维立体图，与此同时，还会形成DEM数据，判定地面高程变化。倾斜摄影技术比二维转化成三维的传统技术在精度、视觉效果以及反映地物真实性方面更加优越，便于测绘行业内外人士的运用。无人机和倾斜摄影是密不可分的，无人机测量平台和倾斜摄影的技术将整个测绘工作向着简便、精准、自动化的方向推向。

3 无人机便捷性分析

无人机摄影技术在是卫星遥感摄影原理和基础上发展起来的。与遥感摄影相比，无人机摄影技术避免了大气传播过程中能量的散射以及几何变形，缩短了摄影周期，提高了图像的分辨率；与GPS-RTK技术相比[2]，无人机摄影技术获取基础数据不需要设定基站，也不需要测量人员进行逐点测量，缩短了测量工作的整个周期；与传统的导线法、三角或三边三角网法相比，无人机摄影技术不需要做多级支站，且测量精度更高。下文将对无人机的便捷性进行分析。

3.1 无人机获取数据的周期短

经过10多年的发展，无人机携带高精度、多角度相机，能够在极短的时间之内获得整个测区数据，并且能够以相同的比例尺获得较大图幅的内容。如果运用卫星遥感技术获取图像，则需要半个月或一周时间，如果运用GPS-RTK技术测量，则需要3到5天时间。而无人机只需要设定好飞行路线以及飞行次数，不需要半个小时便可以获取整个公路施工区域的图像资料。在后期数据的处理中，只需要均匀挑选特征点，进行对应的坐标匹配，便可以为整个施工提供设计底图。

3.2 无人机获取数据的精度高

公路施工需要 1：500、1：1000 以及 1：2000 的地形图。无人机根据需要可在低于1000m的高度进行飞行，无人机携带的高分辨率传感器精度可达到厘米级别，且获取的彩色影像能够将地面测区内的细节全部展现出来。通过后期处理，图像数据成果可以生成DEM和DOM图，展示出三维场景。只需要沿着公路中心为量测特征点，就能够做好图像纠正，生成正式的地形图[3]。高精度的无人机数据以及数据处理后呈现的三维效果，能够让工作者更加直观地感受测区的实际情况。

3.3 无人机获取数据的成本低

无人机单次获取数据的成本与其他方式相比是非常低廉的。从无人机需要的测量人员看，一般三个工作人员便可以完成整个测区的图像采集任务；从无人机需要的设备看，仅需要无人机以及计算机数据处理系统，不需要基站，也不需要多个全站仪测量设备。因此，无人机获取数据的成本是最低的。在地势平坦地区，无人机获取的图像遮挡少，速度快；在地势起伏大，遮挡物较多地区，无人机的多个摄影头可以多角度摄像，将盲区缩小到最小范围。无人机需要重测的概率极低，数据的高质量也是其成本小的重要原因。

4 无人机、倾斜摄影在公路选、定线以及带状图测绘中的应用

无论是新公路建设还是旧路重建，都需要对公路进行选、定线，借助带状图进行地质环境、水文条件等内容的判断。无人机、倾斜摄影能够更加直观、更加便捷的为公路选、定线，确定公路的修建方向提供帮助，尽可能地降低公路建设成本。本节将无人机、倾斜摄影的应用分山岭区、平原区、丘陵区三个方面进行叙述。

4.1 无人机、倾斜摄影在山岭区测绘中的应用

公路建设通过山岭区时，需要充分考虑上岭线和下岭线、路线偏离度、路线填挖量、放坡、路面阴阳位置比例以及排水管道设计等。首先，无人机、倾斜摄影能够直观地展示山岭地区的地面全貌，公路路线的设计者可以根据影像反映出的地区实际情况，预先设计出多条建设路线。其次，根据多条建设路线，从路线偏离度、土方填挖量、路面在阳坡和阴坡上的比例等要素对几种设计路线进行选择。再次，在放坡和填挖土方量的过程中，利用遥感影像选、定线。根据影像的情况，设计出地面选、定点的大致位置。最后，形成以公路为中心的带状定点路线，形成一级控制点，利用PTK进行实地测点，为公路建设提供基础数据。

4.2 无人机、倾斜摄影在平原区测绘中的应用

平原区公路建设的选定线比山岭区难度小，没有山体、植被的大面积遮挡。但是，平原区公路建设需要考虑到建设成本、转弯曲线、高压塔、村庄、已有公路以及其他重要的地物。在选、定线过程中，无人机利用倾斜摄影技术，在100m左右的高度，对整个工程进行观测，发挥空中三角形测量的作用，形成三维立体图。如此一来，新建公路或重建公路能够看到具体路线上需要绕开的城镇、村庄，可以看到可以交叉的已有公路，在此基础上开展选、定工作。在内部数据处理系统中，选、定的点还可以进行动态展示。在后期选、定点的实际工作中，还可以利用这些影像图进行实时修改，以便将实地测量以及后续工程的成本降到最低。

4.3 无人机、倾斜摄影在丘陵区测绘中的应用

丘陵区公路建设的选定任务比较重，其地势起伏不定，水文条件不明，转弯十分多。按照传统的测绘方法，需要绕着整个工程区进行实地踏勘，这个时间比较长，也需要花费大量的劳动力。首先，无人机能够沿着丘陵区公路进行地势、地貌的立体观测，帮助测绘人员得到较为完整的地区图像。然后，按照图像进行实地情况分析，减少外业踏勘的次数以及工作量；最后，将整个公路建设进行分段，每一段区域的公路建设都可以在图像的指引下选择公路的具体建设路线，并在公路的中线定点，为后期施工做好基础工作。

5 无人机、倾斜摄影在公路横纵断面测量中的应用

无人机和倾斜摄影联合测量后，经过空三处理，得到DEM和DOM影像。在公路横纵断面测量中，可以利用生成的DEM判定高程差，从而确定具体的施工方案。本节从三个方面分析其在横纵断面测量中的应用。

5.1 在带状图上进行内插，明确测区的高程差

由于无人机、倾斜摄影能够提供DEM，判定公路施工各个部分的高程差，从而解决坡道、曲线、转弯等多种问题。首先，将外业航飞获取的图像进行内业处理，结合外业测量的特征点，进行影像配准[4]；然后，根据公路工程的需求，对生成的DEM图进行内插运算，更加具体地反映公路路线的高程变化；最后，通过内业软件，筛选出具有横断面特征的部分，并确定其倾斜角度，为横断面处理准备好基础材料。测区横断面筛选成功后，测绘人员只需要在这些地方进行布测，观察周围的环境，为这些横断面的施工设计提供具体数据。无人机、倾斜摄影代替了传统测量手段，筛选横断面的效率和精度大大提高，其成本也得到了有效控制。

5.2 基于影像成果，计算填挖土方量

无人机、倾斜摄影测量得到的影像是在多项参数下得到的，完全可以推算出图像比例尺。换句话而言，测区内的面积、体积都是可以通过影像计算出来的。山区公路建设过程中需要的填挖土方量便可以直接在影像图上进行计算[5]。首先，判断公路施工区域需要填挖土方量的具体位置，在这些位置上观察周围土壤、岩石走向，确定公路建设需要挖走或者填充进来的土方量。在填充方面，可以选择就近取材，以琐碎的石块、优质土壤等进行填充，设计出两者比例，既要能够节约成本，又能够保证公路的质量；在挖出方面，需要对周围的地质条件进行探查，考虑到岩体、水体等方面的影响，尽量减少对周围环境的影响，产生的废料也可借助影像图选择投放地点。

5.3 借助影像，观察横纵断面处理对周围的影响

在公路进行横纵断面处理的过程中，很容易对周围的地形、地势造成影响。采用不断更新的无人机影像图观察周围岩体、水体以及其他地物的沉降和变动。通过这些地物的变化趋势，判断横纵断面是否能够继续进行[6]。在平原区，这种实时监测的必要性不明显，但是，在丘陵和山岭区，一旦由于施工的震动、开挖和填充的不合理，改变了山体内部的平衡，而又没有察觉，就会给整个工程以及工人带来不可挽回的损失。考虑到安全和施工质量因素，开展无人机定期航飞计划，能够有效检测周围山体的变动，保障施工人员的安全。

6 结语

无人机、倾斜摄影是公路测绘发展的新方向。无人机和倾斜摄影技术代替了传统的人工测绘手段，不仅提高了工作效率，还提升了测量精准度。如今，无人机、倾斜摄影在三维成像技术方面的发展获得了业内人士的认可[7]，在实际生产中展现出极强的优越性。总之，带状公路测量工作需要无人机、倾斜摄影技术的支持，需要真实的高分辨率影像提供精准的基础数据。