測繪新技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用研究運用

馮 誼

（寧夏北斗測繪技術(shù)有限公司，寧夏 銀川 750001）

1 無人機機載激光雷達技術(shù)

1.1 無人機機載激光雷達技術(shù)的優(yōu)點

隨著時代的發(fā)展，在公路測量中需要采取大量坐標數(shù)據(jù)，構(gòu)成數(shù)字表面模型 （DIGITALSURFACEMODEL，英文縮寫為DSM），并生成數(shù)字高程模型（DIGITALELEVATIONMODE，英文縮寫為DEM）。過去制作DEM，需要使用飛機進行航空攝影，采用空中三角立體測量技術(shù)并輔以地面測量配合，外業(yè)周期長、難度高、精度低，已經(jīng)難以適應(yīng)當今社會的發(fā)展。無人機機載激光雷達技術(shù)分辨率高、動態(tài)探測范圍大，能在短時間內(nèi)直接、快速地獲取真實地表的高精度三維信息 （包括LIDAR的三維坐標），從而大大減輕地面外業(yè)作業(yè)量。使用無人機機載激光雷達技術(shù)，可以同時獲取DSM模型與DEM模型，精確描繪地表、地貌、地形的三維特征。

1.2 在公路測量中應(yīng)用無人機機載激光雷達技術(shù)

新疆某段高速公路項目，公路沿線區(qū)域多為人煙稀少的荒漠、戈壁，地形崎嶇、交通不便，冬季時有大風、大雪；測區(qū)內(nèi)水準點分布較少，一些水準點年久失修，出現(xiàn)了自然損壞。測區(qū)需穿越高山山谷，整個測區(qū)內(nèi)高度相對落差超過1 500 m。項目施工又急需測繪人員提供詳細的三維數(shù)字化地形圖，有鑒于此，測繪人員決定使用無人機機載激光雷達技術(shù)。

測繪人員首先選定了無人機與機載激光系統(tǒng)，確定了數(shù)據(jù)采集的范圍（ 沿路線中心線左右兩側(cè)300 m）、DSM模型地面點高程插值精度 （中誤差＜0.5 m），數(shù)字正射影像分辨率 （0.2 m）；繼而布設(shè)無人機航線、無人機航線起始點經(jīng)緯度坐標；然后操縱無人機進行航攝 （航攝儀焦距為28 mm，CCD單元尺寸為8 μ m，激光掃描角為60°，航向重疊度為60%，旁向重疊度為30%，激光掃描重疊度為23%）。由于航線上出現(xiàn)了大量地面積雪，測繪人員不得不進行了多次無人機航測，前后歷時一個多月才獲取全部數(shù)據(jù)。

在獲取數(shù)據(jù)后，技術(shù)人員對數(shù)據(jù)進行了差分處理，將機載GPS正反解差值控制在0.1 m以內(nèi)；然后進行激光點自動分類→檢查、修改DSM模型→繼而進行激光精細分類→導出地面點→調(diào)入數(shù)碼影像數(shù)據(jù)，添加相片間的連接點→進行影像色彩接線→生成正射影像，最終生成DSM模型。

2 無人機傾斜攝影技術(shù)

2.1 傾斜攝影技術(shù)的特點

傾斜攝影系統(tǒng)由多頭相機、GPS、姿態(tài)定位系統(tǒng)共同構(gòu)成。多頭相機用于從五個角度進行拍攝，GPS用于獲取三個線元素，姿態(tài)定位系統(tǒng)用于記錄多頭相機在曝光瞬間的三個角元素。進行傾斜攝影，必須設(shè)計好無人機航線，確定旁向重疊度達到30%，航向重疊度達到66%。若需要生成三維模型，需將航向重疊度設(shè)置為70%，旁向重疊度設(shè)置為50%。

在獲取無人機傾斜攝影的影像數(shù)據(jù)后，技術(shù)人員需根據(jù)影像數(shù)據(jù)的特點以及多頭相機定標參數(shù)、無人機拍攝姿態(tài)數(shù)據(jù)對影像數(shù)據(jù)進行幾何校正；然后進行多視影像聯(lián)合平差，導入連接點坐標、控制點坐標、GPS數(shù)據(jù)進行聯(lián)合解算→進行多視影像密集匹配，生成DSM模型，并進行真正射影像糾正，最后進行三維建模。

2.2 在公路測量中應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)

某市某區(qū)，面積大約為1.57 km2，區(qū)內(nèi)地物復雜，有大型建筑物、道路、籃球場、樹木、人行道、水泡，建筑物高度在80 m以下。該區(qū)要進行公路改建，因此，測繪人員使用無人機傾斜攝影技術(shù)對該區(qū)進行了公路測量。

測繪人員選擇旋翼無人機，利用RTK測量選擇好的像控點實地三維坐標、檢查點三維坐標 （每個點測量兩次，取數(shù)據(jù)平均值）；然后為無人機傾斜攝影系統(tǒng)設(shè)置地面分辨率、多頭相機曝光參數(shù)、航向重疊度80%、旁向重疊度70%、飛行高度200 m、飛行速度5 m/s、相機傾斜角45°；再啟動無人機，遙控無人機沿航線飛行，按3 s張的頻率進行自動拍攝。無人機前后在五條航線上進行航拍，飛行了5個架次，歷時60 min，獲取了7 500張相片，大小為60 GB。

在獲取無人機航拍數(shù)據(jù)后，技術(shù)人員使用PIX4DMAPPER軟件，導入影像數(shù)據(jù)。軟件對數(shù)據(jù)進行自動校正，并顯示出測區(qū)詳細的影像信息、位置信息。然后，技術(shù)人員在軟件中導入像控點文件，標出控制點位置 （每個控制點對應(yīng)4張數(shù)碼相片）。

之后，技術(shù)人員使用SIFT特征提取算法，結(jié)合像控點坐標與多高影像外方位元素數(shù)據(jù)，提取影像特征，將連接點-連接線、控制點坐標進行聯(lián)合平差，計算出每張數(shù)碼相片的外方位元素與坐標，從而完成三角測量處理。完成三角測量處理后，技術(shù)人員進行點云加密處理。最后生成具有實景效果的DSM模型與數(shù)字正射影像圖。

2.3 無人機傾斜攝影的注意事項

使用無人機進行傾斜攝影作業(yè)，多頭數(shù)碼相機可能出現(xiàn)徑向畸變差、偏心畸變差，因此，技術(shù)人員需對多頭相機進行檢測。常用的檢測方法有光學實驗室檢校法、試驗場檢校法、自檢校法。由于光學畸變可能造成影像變形，技術(shù)人員還需求取影像的畸變參數(shù)，對數(shù)字影像進行畸變差改正。

3 公路測量中應(yīng)用BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是應(yīng)用于建筑工程設(shè)計的數(shù)據(jù)化工具，它可以為建筑項目構(gòu)建三維虛擬模型，并呈現(xiàn)該項目全部信息、數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)具有可視化、可協(xié)調(diào)、可模擬、可出圖等多種功能。雖然BIM技術(shù)多用于建筑設(shè)計、施工，但在公路測量中同樣可以應(yīng)用BIM技術(shù)。

東北某高速公路需要進行改擴建，路線全長200 km，車流量大，沿線路況復雜，沿線分布著大量地下管線，為提高公路測量的全面性，測繪人員在這次測繪中應(yīng)用了BIM技術(shù)。

首先，測繪人員使用無人機機載激光雷達技術(shù)對線路進行了全程航攝，然后在BIM平臺上進行三維建模，展示沿線生態(tài)、地貌、地形特征。技術(shù)人員采用國家高程基準，處理激光點云，最后生成DEM模型。

4 紫蜂技術(shù)

4.1 紫蜂技術(shù)

紫蜂，是ZIGBEE的意譯。ZIGBEE是一種低速、短距離無線通信技術(shù)，主要用于傳感控制應(yīng)用。紫蜂技術(shù)耗能極低，僅需2節(jié)5號電池便可支持一個ZIGBEE節(jié)點工作6～24個月（ 兩年），相比之下，藍牙節(jié)點最多只能幾周；紫蜂技術(shù)成本比藍牙更低，性價比更高，響應(yīng)速度更快（ ZIGBEE成本不到藍牙的1/10，ZIGBEE節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)的時間只需30 ms，而藍牙節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)需要3～10 s），容量大，安全性高，在公路測量中可以很好地發(fā)揮作用。

4.2 在公路測量中應(yīng)用紫蜂技術(shù)

公路施工測量的一個重要內(nèi)容是觀測路基、路面的沉降、水平位移。測繪人員可應(yīng)用紫蜂技術(shù)，在現(xiàn)場建立大量無人值守的測繪節(jié)點，從而實現(xiàn)全天候、全時段觀測。

5 結(jié)語

現(xiàn)今，我國公路通車里程已經(jīng)高居世界第一，但公路測量技術(shù)卻不能與發(fā)達國家比肩。因此，應(yīng)當在公路測量中主動應(yīng)用各種測繪新技術(shù)，不斷提高測繪的精度，為公路建設(shè)事業(yè)作出更大的貢獻。