無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在高速公路勘測(cè)及輔助選線中的應(yīng)用分析

馮 瑤

（四川省達(dá)州市交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)及應(yīng)急指揮中心， 四川 達(dá)州 635000）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，目前，我國(guó)雖然已經(jīng)擁有了大量的傳統(tǒng)衛(wèi)星影像和航空攝影數(shù)據(jù)，但是對(duì)于遙感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性以及高分辨率和機(jī)動(dòng)性的要求也越來越高。近年來，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，各類無人機(jī)航攝平臺(tái)和無人機(jī)的攝影測(cè)量平臺(tái)的解決方案也相繼推出，相對(duì)于傳統(tǒng)的以衛(wèi)星等獲取信息的方式，無人機(jī)航測(cè)更有靈活性等優(yōu)點(diǎn)。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)新型遙感技術(shù)，目前大量應(yīng)用于國(guó)土資源監(jiān)測(cè)、公路建設(shè)等方面。

1 無人機(jī)航測(cè)的工作流程

目前，我國(guó)主要應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)與數(shù)字航空攝影相結(jié)合的方式進(jìn)行測(cè)繪，作為航空攝影領(lǐng)域一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，在獲取遙感數(shù)據(jù)和影像資料的方面，比以往的以衛(wèi)星、大飛機(jī)、人工全站儀等設(shè)備更具有機(jī)動(dòng)性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)。下面介紹一下無人機(jī)航測(cè)時(shí)的工作流程。

1.1 第一步，判斷天氣的狀況

無人機(jī)航測(cè)在對(duì)氣象條件的好壞上要求是很嚴(yán)格的。在進(jìn)行航拍之前，要掌握當(dāng)天的天氣狀況，通過觀察云層的厚度、光照以及空氣的能見度來判斷當(dāng)天的天氣情況是否符合航拍條件。

1.2 為到達(dá)起飛地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)備工作

在確定好當(dāng)天的天氣狀況、云層分布的情況后，如果適合航拍，則帶上無人機(jī)、彈射架、電腦等相關(guān)的設(shè)備，去航拍地點(diǎn)準(zhǔn)備起飛。起飛點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)要求是路面比較平坦，周圍無電線和高層建筑物等。在到達(dá)了現(xiàn)場(chǎng)后，還需要測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)速。為了保證飛機(jī)起飛平穩(wěn)，一般會(huì)逆風(fēng)架設(shè)彈射架。在安裝彈射架時(shí)，首先檢查無人機(jī)的各個(gè)部件是否連接完好，是否連接緊密，供電接線是否正確連接等保證無人機(jī)的電力充足。電臺(tái)用于地面站和無人機(jī)之間的通訊。

1.3 無人機(jī)航測(cè)當(dāng)天記錄作業(yè)日志

無人機(jī)航測(cè)當(dāng)天，需要記錄當(dāng)天的風(fēng)速、天氣以及起降坐標(biāo)等信息，為將來參考數(shù)據(jù)信息做準(zhǔn)備。

1.4 調(diào)整好無人機(jī)的角度

如果是距離上一次起飛地點(diǎn)超過200 千米，在準(zhǔn)備無人機(jī)航測(cè)前，需要調(diào)整飛機(jī)的姿態(tài)和角度，確保飛機(jī)能夠準(zhǔn)確通訊。

1.5 對(duì)無人機(jī)進(jìn)行手動(dòng)遙控測(cè)試

在遇到特殊情況時(shí)會(huì)采取手動(dòng)遙控模式用于無人機(jī)的起飛和降落。在無人機(jī)起飛前，調(diào)到手動(dòng)遙控飛行狀態(tài)，測(cè)試無人機(jī)的機(jī)頭、機(jī)身和尾翼是否能按指令正常操作。

1.6 正式做無人機(jī)起飛前的準(zhǔn)備

起飛前需要檢查航拍的相機(jī)是否與飛控系統(tǒng)完好連接，降落傘包是否與風(fēng)相平行并且處于待命狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)無人員車輛走動(dòng)等。

1.7 無人機(jī)起飛與降落的操作

在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作都做好之后，就可以開始起飛了。操作人員要持無人機(jī)的手動(dòng)操作桿隨時(shí)待命，觀察好現(xiàn)場(chǎng)的狀況后，根據(jù)測(cè)量需要，隨時(shí)調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)以及需要飛行的高度。在航測(cè)過程中，需要做三個(gè)步驟：檢測(cè)無人機(jī)的航高、航速以及飛行軌跡；檢測(cè)無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和空速以及地速；隨時(shí)檢查照片的拍攝數(shù)量。無人機(jī)全部拍完畢之后，手動(dòng)無人機(jī)遙控操作到指定的降落地點(diǎn)待命，如果降落現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)大風(fēng)、人員走動(dòng)等臨時(shí)情況，需要及時(shí)調(diào)整降落的地點(diǎn)。

1.8 檢查無人機(jī)航測(cè)的數(shù)據(jù)

降落后，檢查以及評(píng)估無人機(jī)航測(cè)的數(shù)據(jù)，判斷是否需要復(fù)飛再測(cè)量，如果需要繼續(xù)拍攝或者轉(zhuǎn)場(chǎng)，一個(gè)起降點(diǎn)的飛行需要控制在300 平方公里以內(nèi)。

2 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在高速公路勘測(cè)中的應(yīng)用以及優(yōu)勢(shì)

目前，我國(guó)高速公路勘探中也大量使用了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)[1]。

2.1 無人機(jī)航測(cè)在高速公路勘測(cè)中的應(yīng)用

首先，無人機(jī)航測(cè)要設(shè)計(jì)外業(yè)航線以及外業(yè)像控測(cè)量，這就需要從實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)兩方面對(duì)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行檢校。其次，要處理航測(cè)得到的影像和數(shù)據(jù)理，并做最佳選擇，如有畸變的影像則要進(jìn)行校正處理。最后要對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)自動(dòng)提取出連接點(diǎn)。

由于使用的無人機(jī)相機(jī)鏡頭可能存在誤差，所以在實(shí)際航測(cè)之前，需要對(duì)無人機(jī)的攝影相機(jī)進(jìn)行方位元素和畸變差的檢校。為了應(yīng)對(duì)航測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜情況和無人機(jī)常見的姿態(tài)不穩(wěn)現(xiàn)象，還需要專門建立室外檢校場(chǎng)進(jìn)行檢校。例如：某山區(qū)公路需要勘測(cè)邊坡處，為了能以最快的速度獲得測(cè)繪資料，可以使用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量[2]。

為了確保能自動(dòng)提取連接點(diǎn)并保證對(duì)控制點(diǎn)測(cè)量的準(zhǔn)確程度，可以根據(jù)事先得出的檢校參數(shù)對(duì)無人機(jī)所取得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。之后再用專用軟件進(jìn)行立體的測(cè)圖，就可以得出所測(cè)地區(qū)的地形圖。最后進(jìn)行自動(dòng)的地形提取以得到所測(cè)繪地區(qū)的三維地表模型。

通過以往的經(jīng)驗(yàn)，我們知道雖然無人機(jī)航測(cè)技術(shù)存在一定的精度誤差，但依然可以勝任對(duì)復(fù)雜的地形進(jìn)行勘探的工作。

2.2 無人機(jī)航測(cè)在高速公路勘測(cè)時(shí)的優(yōu)勢(shì)

作為新發(fā)展起來的一項(xiàng)航空測(cè)量技術(shù)，無人機(jī)航測(cè)在國(guó)土資源勘測(cè)、工程建設(shè)、公路建設(shè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)以其靈活性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)廣受好評(píng)。特別是在快速成圖等方面呈現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[3]。

1、無人機(jī)航測(cè)可以不受地形的限制，不但簡(jiǎn)單快捷，還具有很高的安全性。例如：地形比較復(fù)雜的高速公路的邊坡或路堤，有時(shí)會(huì)有崩塌現(xiàn)象，造成危險(xiǎn)，但由于測(cè)繪人員和測(cè)繪的設(shè)備很難達(dá)到或接近事發(fā)地點(diǎn)，這時(shí)就體現(xiàn)了無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，不僅設(shè)備簡(jiǎn)單操作，而且容易獲取所需的策會(huì)影響。

2、無人機(jī)航測(cè)更具有經(jīng)濟(jì)性。運(yùn)行的成本低，它的費(fèi)用不及人測(cè)費(fèi)用的十分之一，且不需要專業(yè)停機(jī)場(chǎng)，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)确矫娓奖愫涂旖荨?/p>

3、無人機(jī)航測(cè)的精準(zhǔn)度更高，數(shù)據(jù)更真實(shí)。傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)中，在做圖的精度方面上，受人為影響很大，但在無人機(jī)航測(cè)技術(shù)中心，只需少數(shù)人員就可以完成。由于可以在短期內(nèi)獲取到影像數(shù)據(jù)，因此無人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有更高的時(shí)效性，數(shù)據(jù)更真實(shí)。

4、無人機(jī)航測(cè)更快速、高效且分辨率高。無人機(jī)航測(cè)很容易獲得所需要的測(cè)繪影像，其航測(cè)數(shù)據(jù)的分辨率可達(dá)到0.1-0.5m，相對(duì)于衛(wèi)星影像的數(shù)據(jù)分辨率更高。

綜上，無人機(jī)航測(cè)相對(duì)于人工測(cè)繪有更節(jié)省時(shí)間，降低成本且精度好的優(yōu)勢(shì)。

3 無人機(jī)的道路輔助選線決策

長(zhǎng)久以來，我國(guó)工程選線都是現(xiàn)場(chǎng)地形圖以及影像圖相結(jié)合，在平面上制作設(shè)計(jì)的方案。在平坦的地區(qū)和道路上可以使用這種傳統(tǒng)的勘探方法，但是到了山區(qū)，地形起伏不平，使得勘測(cè)地形受限，例如：接近隧道口的位置等，人工測(cè)繪員很難達(dá)到[4]。因此，我們可以利用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)，結(jié)合三維模型輔助工程選線，通過多源數(shù)據(jù)疊加展示仿真場(chǎng)景，即使地理位置受限，也可實(shí)現(xiàn)道路的選線定位。通過結(jié)合施工成本的精算法，可以更科學(xué)、更準(zhǔn)確、更可靠的提供輔助道路決策的依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無人機(jī)作為一種低成本，高效率的新型航空測(cè)繪技術(shù)，能夠更快速的提供信息。同時(shí)在道路工程選線輔助決策中能提供更好地服務(wù)水平。在高速公路工程方面的前景是很廣闊的，既彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手段在測(cè)繪上的不足，又提高了道路選線的效率，相信在無人機(jī)航測(cè)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)的將來，在高速公路勘察方面可以發(fā)揮更好的作用。