无人机测量技术在复杂公路中的应用研究

谢正雄

摘  要：公路工程施工通常会受到复杂地形及特殊地质环境的影响，因此在施工之前就需要对公路路段的地质、地形、水文及周边环境进行全面勘查。无人机测量技术较传统测绘技术在摄影测量方面有很大优势，具有航测性能好、成本低、分辨率和精准度高、拍摄范围大等特点，被广泛地运用于公路测量中，特别是在地质、地形条件较为复杂的公路测量中使用有着无法比拟的优势。因此，该文就无人机测量技术在复杂公路中的应用进行研究。

关键词：无人机;测量技术;复杂公路

中图分类号：P231                   文献标志码：A

0 前言

我国目前在对复杂公路进行测绘的过程中所用到的方法主要包括传统航空测量法、全站仪测量法、RTK测量法等。其中，传统航空测量法除了成本费用高、机动性差之外，还容易受到天气因素的影响。RTK测量法、全站仪测量法在测量过程中需要大量的人力物力作为辅助，对于一些建筑物比较密集或者地况较为复杂的路段，无法做到精确测量。但无人机测量技术则有所不同，其具备高效率、低成本、高精准三大优势，再加上近些年无人机低空航拍技术的迅速发展，将其用于快速检测、危险区的测绘以及在人到达不了的地方进行测绘能够发挥巨大优势。因此，对无人机测量技术的研究极具现实意义。

1 无人机工作原理及测绘流程

使用无人机技术进行航测，原理是通过较为先进的低空飞行技术，结合卫星导航技术、惯性导航技术以及摄影测绘技术，形成一套自动化的测量模式，将其运用到土地、环境及资源的测量中，获取测绘所需的数据信息。利用无人机进行测绘，整个操作过程不仅完全可视化，还能与计算机和图形图像软件联合使用，可以获得精确度较高的图像。无人机测绘流程可分为方案的设计、航拍前的准备、实际拍摄过程、测量控制点的定位、空三加密、测图及资料整理。具体还可以细分为任务接受、项目设计、布景标志、测量控制、无人机航拍、加密像控、空三加密、内业测图、外业补测、高程标记测量、内业编辑、过程检测、回放检查、修改制图、过程检查及信息输出等。在进行无人机测绘的过程中需严格按照以上流程来操作。

2 无人机测量技术在复杂公路中的应用

2.1 内业测图及空三计算

利用无人机进行空间加密计算时，第一，须注意数码像片在坐标残差上应符合相关要求。定向计算可以通过边框来进行，在校正坐标时，注意相点上的内侧坐标和主点的位置且还应将误差考虑在内。如果存在误差或大气折光，则可以利用自检校平差方法来消除。第二，在定向校平方面，各连接点分布要均匀，自动点的数量需大于30个。在进行区域间和绝对定向平差计算时，可将接边工作分为3个区域。第三，在业内测图环节，需进行全野外的刺点测图，通过野外作业，对不符合现状的地物进行补测，然后采用测标在模型上进行描绘。如果曲线间相邻距离在5 mm以下，则需采取首曲线插绘的方法。如果测量区域内有植被覆盖，则可以利用植被高度来进行修正。第四，在立体模型和野外高程点中，需着重对树木隐蔽密集区域进行测量，高程点读取2次，误差通常在0.4 m左右，中数标记一般为0.1 m左右。在对高程标记点进行地形和地物设计的过程中，在高程变化比较大的位置应增设计数点。第五，对测图范围内的各级道路、独立地物以及架空管线进行准确测绘，对建筑物周边的土地和植被进行明确划分，将经济林和用材林区分开来，将蔬菜果园、水田和旱田等进行明显的标注，对图中管线、村镇、大山、河流和铁路进行明确的标记。最后对矢量地形图进行格式转换，利用CASS软件系统将其转换为地形图格式。

2.2 航空摄影及测控

在进行线路测控时，第一，利用全站仪导线与GNSS静态结合来开展线路的测控，需沿公路段每5 km进行一对四等的GPS控制点的布设，在中间间距0.5 km处进行一级导线点的布设，从而形成四等高程导线。第二，在进行航线设计时，需进行飞行架次的设计，数量为4个，航线的设计原则上应按照测量宽度来进行，航飞平台是ZC-2，系统是YS09系统，以焦距为35.52 mm的单反相机作为机载相机。第三，进行航拍时对气候条件也有一定的要求，天气越好，能见度越高，拍摄效果也就越好，所以，应尽可能地选择最佳航摄时间来进行测绘，从而获得更高的测量准确度。另外，在测量过程中，需将横向覆盖区域加宽20%，并向外延伸2条基线，分辨率在0.12 m。在对像片进行控制点的设计时，控制点标志的制作需采用规格为1.5 m的方形图案进行喷绘，然后再用三角符号图案来标记，三角符号采用黑白相间的颜色来制作，最后将其布设于像片的控制点上。第四，对于较为复杂的地形环境，除了对路线周边测控线路的中线进行设置外，还需要布设布标，为了方便在测绘中对无人机系统进行准确的校正，喷绘图案应选择普通的正方形图案。另外，在测绘控制点上，可以将全站仪和GNSS静态测量作为导线再进行测量，通过这样的方式对像片控制点进行测量，不仅可以提高测量的准确度，还可以增强控制点的精度。

2.3 控制点的相关操作

在利用无人机进行公路测量的过程中，像片控制点的测量和布设非常重要。第一，像片控制点的设计标准是控制点的标注需采用1.5 m的方形本来绘制，并将控制点绘制为三角形图案，颜色黑白相间。第二，布设像片控制点，如果测量区域内的树林较为密集，为了确保后期图片成图时的精度，在航飞之前，还应该在公路中线周边的测量控制点上进行人工布标的装设。布标采用普通的喷绘布来制作，规格为1.5 m×1.5 m，再在上面进行2个对顶黑色三角形的喷绘，从而形成4个黑色相间的三角形，以便在航拍过程中拍出的照片上，这些标志物清晰可见。此外，还需在線路的起点、终点和架次的交叉处，进行像片控制点的补刺。第三，对像片控制点进行测量时，则采用RTK、GNSS静态测量、GNSS以及全站仪导线测量法来进行。通过这样的方式，不仅可以提高控制点的精准度，还可以使测量效率大幅提高。

2.4 成果精度及外业调绘的检查

外业调绘指的是依据国家有关规定，利用地形图打印纸来进行修改和调绘，在此过程中，还需注重对成果精度的检查。主要内容包括首先，对电缆、电力线、铁塔和电杆进行逐杆调绘;明确区分低压和高压线路;对电压值、光缆以及通信线路的线数进行标记;明确各路线的走向。其次，需对测绘区域内的路面状况、公路等级以及宽度进行实际位置的调绘。最后，明确区分测绘区域内的植被和耕地类型，并根据不同的农作物进行调绘处理。对不同地形和地物进行统计，着重处理物点点位的误差问题，从而满足线路设计、公路勘测规范以及地形测图方面的要求。

3 结语

综上所述，将无人机运用于复杂公路测量中，无论是在公路测绘的效率方面，还是在速度与精准度方面，都有着很大的优势。采用无人机测绘技术，不仅节省了测绘过程中所需的人力、物力，还可以降低工程测绘成本，满足山区或者复杂路段的作业需求，更重要的是为公路项目建设提供了较为精准的数据支持，为测图项目提供了详细的解决方案，对于公路建设施工而言有着重要的作用。

参考文献

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