无人机航拍生成等高线图在土方平整中的应用

陈才安

摘 要：随着我国经济社会的不断进步与发展，信息技术也步入了一个飞速发展的时代，各项信息技术得到了广泛应用。其中无人机航拍在越来越多的领域当中发挥着极大的推动作用，象为满足社会进步与人们日常生活的建筑需求，建筑行业也在积极引入高新技术，场地土方平整是建筑工程施工的重要基础，可以按照建设设计相关要求对建筑场地的天然地面进行改造，保证施工场地的安全性。该文通过简要阐述无人机航拍图生成等高线地形图的基本流程，并结合地形图在场地土方平整中的作用，对无人机航拍图生成等高线地形图在场地土方平整中的应用进行分析，以期为我国未来场地土方平整效率的不断提升提供参考依据。

关键词：无人机航拍；等高线地形图；场地土方平整

中图分类号：TP391 文献标志码：A

等高线指的是在地形图上具有相同高程，且相邻的各点连接而成的闭合曲线，目前我国的部分无人机能够直接通过航拍生成等高线地形图，象大疆的经纬M600，在无人机下方捆绑上具有专业性能的GPS，并输入指令，保证其在飞行过程中准确地完成数据采集并通过信号传输，将采集的数据导入GM软件当中，进而生成等高线地形图。在进行场地土方平整时需要借鉴等高线地形图来对施工现场的各个点的地形进行判断，进而更为科学、精准地进行土方平整施工。因此，对无人机航拍图生成等高线地形图在场地土方平整中的应用进行分析十分重要。

1 等高线地形图

1.1 等高线的定义及原理

等高线是在地形图上将高程相等并且相邻的各个点连接在一起，形成的一条闭合曲线，并将其垂直投影到一个水平面上，按照一定的比例将投影缩绘到一张图纸上。换个角度来讲，我们也可以将等高线看作是不同海拔高度的水平面与实际地面的交线，海拔将通过在等高线上标注数字的方式来体现。

1.2 等高线的绘制步骤

（1）首先需要对山顶点、鞍部点、山脊点和山谷线等特征点的坡度进行变换点准备，然后采用极坐标法或交会法对图纸上特征点的平面位置进行测定，同时使用小点来进行测定标记，在此需要强调的是需要在小点旁进行高程数据的标注。

（2）在进行地形特征点的测定之后，切记要在进行等高线的绘制之前完成地性线连接。地性线的连接通常是山脊线以实线进行连接，山谷线用虚线连接，而且要保证测定与绘制同时进行，随着碎部点的陆续测定，保证随时能够连接地性线。

（3）在进行完地性线的连接步骤之后，首先需要在同一坡度的两相邻点之间，内插出每整米高程的等高线通过点，进而根据相关特征将相等高程的点连接起来形成等高线。

2 无人机航拍生成等高线地形图的基本需求

要想通过无人机航拍的方式获得等高线地形图，需要满足以下2个方面的需求：首先是硬件需求，配备具有专业性能的GPS的无人机，同时为防止地形复杂、拍摄时间过长须准备充足电量的电池；其次是软件需求，目前市场上常见的软件包括航线规划软件、地图拼接软件以及等高线地形图生成软件。其中大疆发布有iPad地面站DJI GS Pro可直接使用，除此之外在安卓系统上测试了多家公司的软件，有些是要云处理的，成果需付费。最为常见的是安卓平台航线规划软件Pix4Dcapture，支持根据纵向重叠率，侧向重叠率自动规划航线，任务续接，速度、高度调节，支持精灵全系列；支持航拍图拼接的软件很多，大多需要收费或云端处理，按成果收费，象Pix4Dmapper。常见的拼接软件是Agisoft PhotoScan，在本机处理生成正射影像图和数字高程模型。同时也得到3D地形图，可以导出三维地形图为PDF格式的文件用于展示。坐标系统可设置为80坐标系；针对等高线地形图生成软件，市面上GIS软件有很多，有的软件硬件配置要求高，有的软件费用高，根据笔者经验，可使用GlobalMapper14或GlobalMapper18版等配置要求低、价格便宜的软件，生成等高线，导出为CAD的DWG格式。

3 无人机航拍生成等高线地形图在场地土方平整中的具体应用

3.1 等高线地形图与实际地形的对应关系

（1）当等高线闭合，且等高线数值显示为中间高四周低时，判定为山顶。

（2）2个山顶之间相对低洼的位置判定为鞍部。

（3）当等高线闭合，且等高线数值显示为中间低四周高时，判定为盆地。

（4）等高线向海拔低处凸为山脊；相反，等高线向海拔高处凸为山谷。

（5）海拔不同的等高线重合时则判定为陡崖，等高线密集程度与陡缓程度相关，越密集则表示坡越陡。

3.2 利用等高线对各点地形进行判断的依据

等高线的特性主要有2个方面，首先是针对位于同一等高线上的地面点，其海拔高度显示为同一数据；其次是在同一张等高线地形图内，不同高程的等高线呈现相交状态只可能是悬崖地形。在此需要强调的是，当在等高线上使用数字标注的形式来表现实际地形海拔高度时，可以按照作用的差异来将等高线分为首曲线、计曲线、间曲线与助曲线这4种基本类型。下面对这4种等高线进行详细介绍：

（1）首曲线（基本等高线）：按规定以细实线的形式来进行等高距测绘，保证能够对地貌的基本形态进行准确反映。

（2）计曲线（加粗等高线）：以明确规定的高程起算面为基准，为了便于进行高程的判读和计算，需要我们每隔5个等高距将首曲线加粗为一条粗实线。

（3）间曲线（半距等高线）：为了更好地体现首曲线不能显示的某段微型地貌，需要按1/2等高距描绘的细长虚线。

（4）助曲线（辅助等高线）：间曲线和助曲线只用于显示局部地区的地貌，因此除显示山顶和凹地各自闭合外，其他一般都不闭合。

3.3 等高线图在场地土方平整中的应用

由于在进行施工现场的场地土方平整时需要对全场地形进行改变，通常通过挖和填的方式，但挖和填的地形具有较强的不规则性，据调查结果显示，我国现阶段的建筑施工企业普遍使用方格网方法将其分块进行计算并解决。在实际开展场地土方平整之前，我们需要做好诸多准备工作，象清除场地内所有地上、地下障碍物一级地面积水等。在进行场地设计标高时需要遵循一下几个原则：

（1）以总平面设计的要求为基准，与实际施工过程中场外工程设施的标高相协调，进而对挖填平衡进行考虑，采取以挖作填的方式。

（2）当出现挖方少于填方的情况时，我们需要对土方的来源进行考虑；当出现挖方多于填方的情况时，则要考虑弃土堆场。

（3）场地设计标高一定要相对区域最高洪水位有超出的部分，而在严寒地区，还需要保证场地的最高地下水位应在土壤冻结深度以下。

4 结语

综上所述，我国已经实现了由无人机航拍来直接生成等高线地形图，其相比于传统的等高线地形图绘制方式来讲，具有更高的准确性和科学依据。将无人机航拍生成的等高线地形图应用到建筑领域的场地土方平整当中去，可以为相关人员对施工现场的地形判断，提供更准确和更有说服力的依据，进而保证按照建筑设计进行场地地形改变的质量和效率。但在其发展过程中仍存在一定的限制因素，需要我们不断加强对该方面的探索和研究，致力于不断提升无人航拍生成等高线地形图的准确性和效率。

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