無人機(jī)測量技術(shù)在復(fù)雜公路中的應(yīng)用研究

謝正雄

摘 ?要：公路工程施工通常會受到復(fù)雜地形及特殊地質(zhì)環(huán)境的影響，因此在施工之前就需要對公路路段的地質(zhì)、地形、水文及周邊環(huán)境進(jìn)行全面勘查。無人機(jī)測量技術(shù)較傳統(tǒng)測繪技術(shù)在攝影測量方面有很大優(yōu)勢，具有航測性能好、成本低、分辨率和精準(zhǔn)度高、拍攝范圍大等特點(diǎn)，被廣泛地運(yùn)用于公路測量中，特別是在地質(zhì)、地形條件較為復(fù)雜的公路測量中使用有著無法比擬的優(yōu)勢。因此，該文就無人機(jī)測量技術(shù)在復(fù)雜公路中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);測量技術(shù);復(fù)雜公路

中圖分類號：P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

我國目前在對復(fù)雜公路進(jìn)行測繪的過程中所用到的方法主要包括傳統(tǒng)航空測量法、全站儀測量法、RTK測量法等。其中，傳統(tǒng)航空測量法除了成本費(fèi)用高、機(jī)動性差之外，還容易受到天氣因素的影響。RTK測量法、全站儀測量法在測量過程中需要大量的人力物力作為輔助，對于一些建筑物比較密集或者地況較為復(fù)雜的路段，無法做到精確測量。但無人機(jī)測量技術(shù)則有所不同，其具備高效率、低成本、高精準(zhǔn)三大優(yōu)勢，再加上近些年無人機(jī)低空航拍技術(shù)的迅速發(fā)展，將其用于快速檢測、危險區(qū)的測繪以及在人到達(dá)不了的地方進(jìn)行測繪能夠發(fā)揮巨大優(yōu)勢。因此，對無人機(jī)測量技術(shù)的研究極具現(xiàn)實(shí)意義。

1 無人機(jī)工作原理及測繪流程

使用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行航測，原理是通過較為先進(jìn)的低空飛行技術(shù)，結(jié)合衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)以及攝影測繪技術(shù)，形成一套自動化的測量模式，將其運(yùn)用到土地、環(huán)境及資源的測量中，獲取測繪所需的數(shù)據(jù)信息。利用無人機(jī)進(jìn)行測繪，整個操作過程不僅完全可視化，還能與計(jì)算機(jī)和圖形圖像軟件聯(lián)合使用，可以獲得精確度較高的圖像。無人機(jī)測繪流程可分為方案的設(shè)計(jì)、航拍前的準(zhǔn)備、實(shí)際拍攝過程、測量控制點(diǎn)的定位、空三加密、測圖及資料整理。具體還可以細(xì)分為任務(wù)接受、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、布景標(biāo)志、測量控制、無人機(jī)航拍、加密像控、空三加密、內(nèi)業(yè)測圖、外業(yè)補(bǔ)測、高程標(biāo)記測量、內(nèi)業(yè)編輯、過程檢測、回放檢查、修改制圖、過程檢查及信息輸出等。在進(jìn)行無人機(jī)測繪的過程中需嚴(yán)格按照以上流程來操作。

2 無人機(jī)測量技術(shù)在復(fù)雜公路中的應(yīng)用

2.1 內(nèi)業(yè)測圖及空三計(jì)算

利用無人機(jī)進(jìn)行空間加密計(jì)算時，第一，須注意數(shù)碼像片在坐標(biāo)殘差上應(yīng)符合相關(guān)要求。定向計(jì)算可以通過邊框來進(jìn)行，在校正坐標(biāo)時，注意相點(diǎn)上的內(nèi)側(cè)坐標(biāo)和主點(diǎn)的位置且還應(yīng)將誤差考慮在內(nèi)。如果存在誤差或大氣折光，則可以利用自檢校平差方法來消除。第二，在定向校平方面，各連接點(diǎn)分布要均勻，自動點(diǎn)的數(shù)量需大于30個。在進(jìn)行區(qū)域間和絕對定向平差計(jì)算時，可將接邊工作分為3個區(qū)域。第三，在業(yè)內(nèi)測圖環(huán)節(jié)，需進(jìn)行全野外的刺點(diǎn)測圖，通過野外作業(yè)，對不符合現(xiàn)狀的地物進(jìn)行補(bǔ)測，然后采用測標(biāo)在模型上進(jìn)行描繪。如果曲線間相鄰距離在5 mm以下，則需采取首曲線插繪的方法。如果測量區(qū)域內(nèi)有植被覆蓋，則可以利用植被高度來進(jìn)行修正。第四，在立體模型和野外高程點(diǎn)中，需著重對樹木隱蔽密集區(qū)域進(jìn)行測量，高程點(diǎn)讀取2次，誤差通常在0.4 m左右，中數(shù)標(biāo)記一般為0.1 m左右。在對高程標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行地形和地物設(shè)計(jì)的過程中，在高程變化比較大的位置應(yīng)增設(shè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。第五，對測圖范圍內(nèi)的各級道路、獨(dú)立地物以及架空管線進(jìn)行準(zhǔn)確測繪，對建筑物周邊的土地和植被進(jìn)行明確劃分，將經(jīng)濟(jì)林和用材林區(qū)分開來，將蔬菜果園、水田和旱田等進(jìn)行明顯的標(biāo)注，對圖中管線、村鎮(zhèn)、大山、河流和鐵路進(jìn)行明確的標(biāo)記。最后對矢量地形圖進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，利用CASS軟件系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為地形圖格式。

2.2 航空攝影及測控

在進(jìn)行線路測控時，第一，利用全站儀導(dǎo)線與GNSS靜態(tài)結(jié)合來開展線路的測控，需沿公路段每5 km進(jìn)行一對四等的GPS控制點(diǎn)的布設(shè)，在中間間距0.5 km處進(jìn)行一級導(dǎo)線點(diǎn)的布設(shè)，從而形成四等高程導(dǎo)線。第二，在進(jìn)行航線設(shè)計(jì)時，需進(jìn)行飛行架次的設(shè)計(jì)，數(shù)量為4個，航線的設(shè)計(jì)原則上應(yīng)按照測量寬度來進(jìn)行，航飛平臺是ZC-2，系統(tǒng)是YS09系統(tǒng)，以焦距為35.52 mm的單反相機(jī)作為機(jī)載相機(jī)。第三，進(jìn)行航拍時對氣候條件也有一定的要求，天氣越好，能見度越高，拍攝效果也就越好，所以，應(yīng)盡可能地選擇最佳航攝時間來進(jìn)行測繪，從而獲得更高的測量準(zhǔn)確度。另外，在測量過程中，需將橫向覆蓋區(qū)域加寬20%，并向外延伸2條基線，分辨率在0.12 m。在對像片進(jìn)行控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)時，控制點(diǎn)標(biāo)志的制作需采用規(guī)格為1.5 m的方形圖案進(jìn)行噴繪，然后再用三角符號圖案來標(biāo)記，三角符號采用黑白相間的顏色來制作，最后將其布設(shè)于像片的控制點(diǎn)上。第四，對于較為復(fù)雜的地形環(huán)境，除了對路線周邊測控線路的中線進(jìn)行設(shè)置外，還需要布設(shè)布標(biāo)，為了方便在測繪中對無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的校正，噴繪圖案應(yīng)選擇普通的正方形圖案。另外，在測繪控制點(diǎn)上，可以將全站儀和GNSS靜態(tài)測量作為導(dǎo)線再進(jìn)行測量，通過這樣的方式對像片控制點(diǎn)進(jìn)行測量，不僅可以提高測量的準(zhǔn)確度，還可以增強(qiáng)控制點(diǎn)的精度。

2.3 控制點(diǎn)的相關(guān)操作

在利用無人機(jī)進(jìn)行公路測量的過程中，像片控制點(diǎn)的測量和布設(shè)非常重要。第一，像片控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是控制點(diǎn)的標(biāo)注需采用1.5 m的方形本來繪制，并將控制點(diǎn)繪制為三角形圖案，顏色黑白相間。第二，布設(shè)像片控制點(diǎn)，如果測量區(qū)域內(nèi)的樹林較為密集，為了確保后期圖片成圖時的精度，在航飛之前，還應(yīng)該在公路中線周邊的測量控制點(diǎn)上進(jìn)行人工布標(biāo)的裝設(shè)。布標(biāo)采用普通的噴繪布來制作，規(guī)格為1.5 m×1.5 m，再在上面進(jìn)行2個對頂黑色三角形的噴繪，從而形成4個黑色相間的三角形，以便在航拍過程中拍出的照片上，這些標(biāo)志物清晰可見。此外，還需在線路的起點(diǎn)、終點(diǎn)和架次的交叉處，進(jìn)行像片控制點(diǎn)的補(bǔ)刺。第三，對像片控制點(diǎn)進(jìn)行測量時，則采用RTK、GNSS靜態(tài)測量、GNSS以及全站儀導(dǎo)線測量法來進(jìn)行。通過這樣的方式，不僅可以提高控制點(diǎn)的精準(zhǔn)度，還可以使測量效率大幅提高。

2.4 成果精度及外業(yè)調(diào)繪的檢查

外業(yè)調(diào)繪指的是依據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，利用地形圖打印紙來進(jìn)行修改和調(diào)繪，在此過程中，還需注重對成果精度的檢查。主要內(nèi)容包括首先，對電纜、電力線、鐵塔和電桿進(jìn)行逐桿調(diào)繪;明確區(qū)分低壓和高壓線路;對電壓值、光纜以及通信線路的線數(shù)進(jìn)行標(biāo)記;明確各路線的走向。其次，需對測繪區(qū)域內(nèi)的路面狀況、公路等級以及寬度進(jìn)行實(shí)際位置的調(diào)繪。最后，明確區(qū)分測繪區(qū)域內(nèi)的植被和耕地類型，并根據(jù)不同的農(nóng)作物進(jìn)行調(diào)繪處理。對不同地形和地物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，著重處理物點(diǎn)點(diǎn)位的誤差問題，從而滿足線路設(shè)計(jì)、公路勘測規(guī)范以及地形測圖方面的要求。

3 結(jié)語

綜上所述，將無人機(jī)運(yùn)用于復(fù)雜公路測量中，無論是在公路測繪的效率方面，還是在速度與精準(zhǔn)度方面，都有著很大的優(yōu)勢。采用無人機(jī)測繪技術(shù)，不僅節(jié)省了測繪過程中所需的人力、物力，還可以降低工程測繪成本，滿足山區(qū)或者復(fù)雜路段的作業(yè)需求，更重要的是為公路項(xiàng)目建設(shè)提供了較為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，為測圖項(xiàng)目提供了詳細(xì)的解決方案，對于公路建設(shè)施工而言有著重要的作用。

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