無人機航測技術(shù)在高速鐵路站場土石方計量中的應(yīng)用

陶沈圣 溫楷和 柳楠 徐海龍 盧照孔

摘 要：在高速鐵路站場土石方計量中，傳統(tǒng)測量方式需要耗費大量的人力物力資源，在惡劣的環(huán)境下還會增加測量難度，給測量工作人員的生命安全帶來隱患。而無人機航測技術(shù)相比傳統(tǒng)的測量方式來看具有明顯的優(yōu)勢，不受地形環(huán)境限制，在短時間內(nèi)就能對土石采剝量進行快速測量，減少了測量人員的工作量，自動化程度較高。本文就對無人機航測技術(shù)在高速鐵路站場土石方計量中的應(yīng)用展開探討，為鐵路工程建設(shè)提供參考思路。

關(guān)鍵詞：無人機航測技術(shù);高速鐵路;站場土石方計量;應(yīng)用

中圖分類號：U215.2 文獻標識碼：A

在高速鐵路工程項目建設(shè)過程中，會涉及到土石方計量問題，尤其是在礦山地帶，土地開發(fā)整理中，土石方計量對工程項目的經(jīng)濟效益帶來直接的影響，無人機航測技術(shù)比傳統(tǒng)航拍測量方式具有明顯的優(yōu)勢，靈活度高，操作簡單，且成本較低，現(xiàn)階段已經(jīng)在各類工程領(lǐng)域中得到應(yīng)用，有效提高測量效率和測量數(shù)據(jù)的精準度。以往在高速鐵路站場土石方計量中多采用傳統(tǒng)的測量方法，包括水準儀法，GPS測量等等，但這些測量方式需要由測量人員先對站場現(xiàn)場的地形環(huán)境進行逐一測量，工作量大，工期長，在遇到惡劣的環(huán)境時還會增加測量人員的安全隱患問題[1]。無人機航測技術(shù)是一種全新的測量技術(shù)手段，通過現(xiàn)代化技術(shù)手段進行工程測繪和數(shù)據(jù)采集，尤其是在小區(qū)域范圍內(nèi)可以達到影像數(shù)據(jù)更新的要求，靈活度較高，受環(huán)境影響小，減少了人工現(xiàn)場作業(yè)，具有較高的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

1 無人機航測技術(shù)概述及特點

無人機航測技術(shù)是在無人機上放置攝影設(shè)備，來對工程數(shù)據(jù)進行測量和連續(xù)拍攝像片，根據(jù)地面控制點進行立體測繪和測量，專業(yè)人員通過將所獲信息數(shù)據(jù)進行分析，制作地形圖，智能化程度較高，減少測量人員的工作負擔(dān)和工作量。在傳統(tǒng)的測量工作中一般采用大型飛機，空中作業(yè)的申請手續(xù)繁瑣，航攝影儀體積大，且成本高，隨著近年來無人機的發(fā)展，無人機和航空攝影相結(jié)合，發(fā)展為無人機航測技術(shù)，具備高靈活度和適用性廣的特點，對于一些小區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)測量和影像獲取方面優(yōu)勢較大[2]。在高速鐵路工程項目建設(shè)中，階段性勘測工程較多，這類工程的工期時間短，工程規(guī)模較小，如采用傳統(tǒng)航測技術(shù)具備較大的風(fēng)險，無人機航測技術(shù)可以憑借自身高靈活性的優(yōu)勢在站場土石方計量中應(yīng)用的重要性更加突出。

在無人機航測技術(shù)應(yīng)用時，只需要控制者及時查看攝影攝像即可，而且無人機操作簡單，機身較小，可以很好的適應(yīng)風(fēng)向變化，可以減少設(shè)備震動問題，避免在數(shù)據(jù)采集時圖像誤差較大。在測量前只需要將無人機的飛行路線進行提前設(shè)定，根據(jù)實際測量再及時修正，無人機系統(tǒng)就可以自動處理，操作簡單[3]。在實際測量中，無人機航測技術(shù)的精準度也比較高，影像質(zhì)量好，可以采用低空遙感模式來對地理信息進行勘測，精準采集低空數(shù)據(jù)，信息采集效率高。而且無人機的飛行周期比較短，可以在短時間內(nèi)就可以完成數(shù)據(jù)的采集，采集難度小，在無人機程序操作時控制人員可以很快掌握操作方法，提高測量效率。

2 無人機航測技術(shù)在高速鐵路站場土石方計量中的應(yīng)用

2.1 飛行方案設(shè)計

某高鐵試驗基地建設(shè)線路長度約為16公里，丘陵地貌，該測區(qū)附近無民用機場，具有良好的無人機作業(yè)空域環(huán)境。測區(qū)的設(shè)計里程為16公里，長度較短，規(guī)模約為7平方公里，根據(jù)項目計劃書在測量前先確定測量范圍，影像重疊率和攝影地面分辨率，對無人機系統(tǒng)的航線長度、航線數(shù)目和飛行高度等進行明確，在設(shè)置航線時應(yīng)盡量和條帶狀測區(qū)保持平衡，在測區(qū)設(shè)置控制點，和攝區(qū)邊界線保持平行，航線要超過攝區(qū)邊界線范圍[4]。

2.2 數(shù)據(jù)采集

在站場土石方采剝量計算時用無人機對開挖前和開挖后兩期數(shù)據(jù)進行采集，采用無人機低空攝影的方式進行影像數(shù)據(jù)采集，在確定測區(qū)范圍后對測區(qū)現(xiàn)場進行勘探，根據(jù)規(guī)定要求在測區(qū)四周布設(shè)控點，在像控坐標采集之前校正測區(qū)的基礎(chǔ)控制點，減少測區(qū)誤差。在對不同區(qū)域測點進行測量時，要保證后期數(shù)據(jù)采集的精準度，需要進行分塊采集。如測區(qū)存在高原，山谷等地形時，需要對其進行合理的規(guī)劃，確保嚴格定點，減少因地形問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的結(jié)果存在誤差，采用高清攝像頭保證航拍清晰度，可以采用手動或自動方式明確采集點，提高定點測量專業(yè)性[5]。而且在數(shù)據(jù)采集時應(yīng)盡量選擇晴朗天氣，如遇雷電或沙塵暴天氣，會影響到無人機工作和數(shù)據(jù)測量的準確度。

2.3 數(shù)據(jù)處理

在數(shù)據(jù)采集完成之后，對航測數(shù)據(jù)進行處理，將拍攝的影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入到photoscan軟件，檢查航點位置是否漏片，如有則需要對該區(qū)域重疊度進行重新計算，如果低于重疊度要求，則需要對該區(qū)域的數(shù)據(jù)影像進行再次測量。根據(jù)航拍作業(yè)記錄，檢查影像的成像質(zhì)量，是否有過暗或者過亮的情況，可以適度采用軟件對其進行勻光勻色處理，確保成像質(zhì)量平衡。在外業(yè)數(shù)據(jù)測量中，先根據(jù)航攝控制點內(nèi)業(yè)布設(shè)方案選定測量地物特征點，通過GPS技術(shù)對外業(yè)三維坐標進行觀測。無人機航測作業(yè)是低空航拍，影像重疊率高，影像像幅小，基線短，在外業(yè)控制點布置時要高于傳統(tǒng)航拍測量的控制點數(shù)量[6]。在測區(qū)地物要素調(diào)繪時采用數(shù)字化調(diào)繪模式，對測區(qū)道路、植被和電線桿等進行調(diào)查和測繪，用Arcgis軟件將拍攝影像轉(zhuǎn)呈切片底圖文件，打包呈離線地圖包，在移動設(shè)備上讀取底圖數(shù)據(jù)，再將離線地圖包文件導(dǎo)入到調(diào)繪軟件中，根據(jù)一定的比例尺和調(diào)繪標準來對測區(qū)調(diào)繪，在調(diào)繪作業(yè)完成后，導(dǎo)出文件轉(zhuǎn)換為dwg格式，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)坐標系統(tǒng)。

2.4 土方量計算

在土石方計量測算中需要保證計算結(jié)果的精準度，采用PI*4D mapper軟件進行自動化處理，生成數(shù)字表面模型，數(shù)據(jù)處理的流程包括：獲取原始數(shù)據(jù)<建立測區(qū)，導(dǎo)入數(shù)據(jù)和照片<根據(jù)要求填寫參數(shù)<進行一鍵式自動處理<生成DOM/DEM<輸出數(shù)據(jù)。將裁剪后正攝影像和點云數(shù)據(jù)疊加，減去測區(qū)植被和非地面點的測量數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

綜上所述，在高鐵站場土石方計量中，無人機航測技術(shù)比傳統(tǒng)航拍測量方式具有明顯的優(yōu)勢，靈活度高，操作簡單，且成本較低，現(xiàn)階段已經(jīng)在各類工程領(lǐng)域中得到應(yīng)用，有效提高測量效率和測量數(shù)據(jù)的精準度。在站場土石方的測量過程中要充分考慮無人機航測技術(shù)特點，確保操作準確以及數(shù)據(jù)采集的精準度，在高速鐵路工程項目建設(shè)中，只需控制者及時查看攝影攝像即可，而且無人機操作簡單，機身較小，可以很好的適應(yīng)風(fēng)向變化，可以減少設(shè)備震動問題，避免在數(shù)據(jù)采集時圖像誤差較大，采用無人機低空攝影的方式進行影像數(shù)據(jù)采集，在確定測區(qū)范圍后對測區(qū)現(xiàn)場進行勘探，根據(jù)規(guī)定要求在測區(qū)四周布設(shè)控點，在像控坐標采集之前校正測區(qū)的基礎(chǔ)控制點，減少測區(qū)誤差。無人機航測技術(shù)的精準度也比較高，影像質(zhì)量好，可以采用低空遙感模式來對地理信息進行勘測，精準采集低空數(shù)據(jù)，信息采集效率高，具有較高的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]趙明哲，王薇娜.無人機航空攝影測量技術(shù)在地形圖測繪中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2020，5（20）：250-251.

[2]李衛(wèi)軍，楊靜.無人機攝影測量在礦山土石方采剝量計算中的應(yīng)用[J].北京測繪，2020，34（10）：1404-1407.

[3]解文武.無人機航空攝影測量在地形復(fù)雜地區(qū)勘測定界中的應(yīng)用[J].北京測繪，2020，34（10）：1408-1411.

[4]祖琪.探析無人機遙感技術(shù)在測繪工程測量中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（01）：188-189+195.

[5]邱立廣.無人機航測技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測量中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2019（24）：24+26.

[6]鄒弟金.無人機航測技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測量中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2019（17）：25+27.