无人机摄影测量技术在公路工程勘测中的应用

徐海锋

（桂林市汇通路桥勘察设计有限公司，广西 桂林 541002）

当下，人们大多利用传统测绘及常规航空摄影测量手段获取与线路勘测相关的地理信息，测绘阶段需要投入大量的人力资源，有劳动力强、测绘工期长、部分危险区段勘测难度大等不足。而常规航空摄影测量尽管能快速获取高分辨率的数据，较好地满足工程测绘提出的要求，但实践中的许多客观因素会影响测量成本，且在短距离、设计级别偏低的项目内适用性偏低。UAV 是近些年研发的高端测量技术，当下在国内林业、农业测绘等领域中均有应用，成效较好[1]。笔者主要探究其在公路工程勘测实践中的应用情况。

1 无人机摄影技术分析

该项技术的应用阶段将自动驾驶飞机设为平台，传感器选用高分辨率数码相机，在系统内集成应用3S 技术（遥感技术、地理信息系统和全球定位系统），捕获数字影像。UAV具有操作流程便捷、抗干扰能力强、成本低廉、分辨率高及工期短等优势。与传统航空摄影测量相比，UAV 的特征主要表现在6 个方面[2]。1）能较为快速、顺利地获取空域申请，省略了调试设备及协调机场运作的环节。2）不需要在机场升降，选用一段净空条件较优良的顺直公路或草坪就能达成升降目标。3）适用于低空作业条件，完成云下拍摄任务，未对气候条件提出较严格的要求。4）系统集成性处于较高水平，机动性较强，转场操作过程较便捷。5）由于飞行高程偏低，因此能精确捕获1 ∶ 2 000～1 ∶ 500 间的影像。6）搭建平台构建、维护系统及飞行阶段的耗用资金较少。

2 项目概况

拟建项目位于阳朔县兴坪镇，路线起点K0+000 处于山背洞村周边，途经冲村和龙山、排竹山，终点K6+641.671 坐落于兴坪镇北郊书家堡村附近，路线全长6. 641671 ㎞。拟选择二级公路标准建设。

勘测资料表明，阳朔县境内河流属珠江流域西江水系，项目建设期间未占用库区，在兴坪圩北侧整合并流至漓江。全长为26.7 ㎞，流域面积129.223 km2，水深0.5 m～0.8 m，流速0.4 m/s，枯水流量2 m2/s～2.5 m2/s，洪水流量50 m2/s～60 m2/s。

为了同步提升测试的准确度与工作效率，路线规划设计选用了计算机辅助设计系统，依照航测专用地形图选择路线，连续完善路线线型。联合使用RTK（载波相位差分技术）和全站仪实地放线测量，依照地形实况做出调整，利用全站仪测量横断面所有的相关指标。全线的设计图表全部采用AutoCAD、Word 及Excel 等软件编制完成，计算机辅助设计覆盖面达100%，有益于推动设计进度并优化设计文件的质量。

3 无人机摄影测量技术应用要分析

3.1 航线设计

无人机在进行航空摄影的过程中，航线设计需要分段设置6 个平高点位置。为了避免摄影过程中其区域高差太大，尽量维持在航1/6 的范围内，确保测量区域内有一定的交叉，这样也便于对地形进行测量。

3.2 航空摄影

在进行无人机航空摄影的过程中，地形需要尽可能地选择地表植被覆盖少或表植覆盖对于地形不会有太大影响的位置，拍摄时需要尽量避免在恶劣气候条件下拍摄。同时，需要根据拍摄地形的不同，按照拍摄要求的太阳高度角做好拍摄工作。

4 公路工程勘测阶段UAV的应用实践

4.1 测量准备工作

准备工作是否全面、准确，直接关系着UAV 摄影测量任务是否能顺利完成。在该项目勘测阶段，UAV 准备主要涵盖3 点内容。1）规划适宜的摄影测量方案。2）检查设备设施性能指标。3）校准相机。

在拟编摄影测量方案阶段，拟定以公路线位和卫星图重叠状况作为该次测量任务覆盖的主要范畴，明确测区中的地形及交通状况。通过周密性的现场勘查活动，明确测量范围内是否存在军事场所、空中管制等特殊状况。东西窄、南北长、呈火炬状等是该测区的地形特征，地势相对平坦，由西北向东南有一定倾斜，形成了东西向分水岭。K0+000 ～K3+150、K3+150 ～K6+641.671 依次属于碳酸盐岩峰丛台地地貌、溶蚀平原地貌。结合以上工作期间产出的结果，拟定选用无人机起飞、降落场地，并科学预测测量阶段形成的问题，拟定相匹配的应急预案。

4.2 规划无人机摄影测量航线

在完成以上准备工作后，便进入规划航线工序中。

首先，明确设定地面分辨率，具体是以不同比例尺条件下的成图标准要求为依据，依照测区地形、等高距以及基高比等指标，在确认符合准确度要求的基础上，比较不同分辨率在减缩测量时间、降低成本费用方面的贡献率，通常将其设定为优先选择的目标对象。既往资料记载[3]，当测图比例尺为1 ∶500、1 ∶1 000、1 ∶ 2 000 以及1 ∶5 000时，对应的地面分辨率分别是不大于5 cm、8 cm～10 cm、15 cm～20 cm 和18 cm～25 cm。在分析相关规范要求后，基于该项目地势较平坦、对高程准确度提出较严格要求的实际情况，为获得精确度更高的摄像图，拟定选用6 cm 地面分辨率。

其次，对测区进行规划，与传统摄影测量相比，无人机续航时间偏短，形成的像幅较窄小，这决定了单台无人机运作阶段的测量范畴还是会受到一定局限。由于该公路线位偏长，所以必须进行科学分区。分区阶段，应遵守3 条规则[4]。1）路线走向与航线布设维持统一，将实际偏差调控在允许范畴内。2）将各分区内地形高程差调控在航高1/h 以内。3）在确保航线是纯直线后，尽量拓展分区跨度，以拓展覆盖面积。

最后，将该公路工程测区细分为15 个分区，航向覆盖逾越测区边缘线应大于5 条基线，测向覆盖逾越测区边缘线像幅要大于50%。因为该项目测区中地势起伏波动不大，最大高程差不大于60 m，因此可将其设为一个分区去规划航线。为应对影像倾角偏大等现实问题，拟定把航向、测向的设计重合度依次设定为80% ， 50%。统合以上设计信息，该公路工程UAV 主要参数如下。相对航高4 m～5 m，最低、最高地面点高程依次是55 m、110 m，基准面高85 m，绝对飞行高585 m，航线间隔为260.56 m。

4.3 测量流程及方法

4.3.1 布设像控位点并加以测量

将CORS（连续运行卫星定位参考站）系统运行阶段提供的参数信息设为凭据，将其转换为与坐标系相匹配的数据，采用电子刺点表示像控位点，而后前往工程现场对位摄影，并把点位相关信息制作成表，为内业加密等过程创造便利。该路段平面坐标系拟定使用1980 年的西安坐标系，中央子午线109°30′，坐标分带选用1.5°带[5]。

4.3.2 校对相机

结合相机功能特征，采用空间后方交会法，提取像位点对应的坐标，将其设为观测数值，求得各类参数的方式进行。

4.3.3 摄影测量

依照当下业内推行的技术规范，参照地面分辨率指标，设定现实的飞行路线和高程，航高有相对、绝对航高之分。而后综合分析航测图的各项特点，立足于测区范畴中地形、地势等条件，科学设定航线、曝光间隔等，以此从根本上保证重叠度的有效性。

4.3.4 内业加密

在三角测量平差前期，以畸变纠正流程为支撑，对初始影响畸变差进行调整，而后依照相关要求进行平差处理。在现实操作阶段，要准确规划空三处理航线，把全部位点均转型为同名位点，以此为基础辨识测区内是否存在漏点，然后再增设相应的衔接点，借该方式保证不同模型间的衔接强度与相关要求相匹配。在以上操作整体结束后，检测其达标与否，在空三加密软件的协助下，对区域网进行平差操作。

4.3.5 生成正射影视图

三角测量完成后，获取相关的数字高程模型，并生成相应的正射影像。利用三角测量阶段获得的不同方位元素，以和影像相匹配的形式获取数个同名位点，整合至前方交会操纵过程，借此方式促进离散型三维位点的形成，在人机交互等形式的支撑下，能构建出数字高程模型，最后产出正射影像。

4.3.6 制作模型

具体是依照数字高程模型，精确阐述与地形起伏等相对应的各要素，对影像进行三维可视化处理，力求影像纹理络脉能详细地呈现出区域覆盖及土地资源的应用现状，以映射形式将正射影像数据传导至高程模型透视表面，对各类空间数据进行整合、叠加处理，宗旨是为后期公路选线等工作的开展提供参照依据[6]。

4.3.7 分析准确度

运作该流程的目的是评估像控位点坐标的真实度。多数情况下需要借用2 条航线去获取影像数据信息，而后对像控位点对应的三维坐标进行加密测量处理，以上过程须借用GPS-RTK 技术完成。最后用PhotoScan 等软件分析准确度，明确其是否达到了成图标准的要求。

5 结语

无人机航空摄影测量技术是新型遥感数据的获取方法，传统测量方式无法与之相比，通过实践说明该作业方法在精神上完全达到1 ∶1000 测图要求。随着无人机航测技术的普及和发展，地形图航测量费用已与传统费用相当，因此该技术有着极大的发展前景。无人机整合了多种现代化技术的优势，用于工程勘测领域中能够提取高分辨率图像，并对空间信息进行精确分析、测算。公路工程勘测阶段如果能科学应用该系统，则能有效弥补传统测量手段应用期间暴露出的不足，更好地迎合优选路线的现实需求。结合该工程检测实践，认定UAV 具有较高的推广价值。