無人機航測系統(tǒng)在公路帶狀地形測量中的應(yīng)用分析

劉亞楠

（中國電建市政建設(shè)集團有限公司，天津300384）

1 引言

目前，我國在公路帶狀地形測繪工作中采用的測量方法有很多種。比較常見的就是全站儀測繪法、傳統(tǒng)的航空測繪法以及GNSS-RTK 測繪法等。這些測量方法雖然可以取得不錯的測量效果，但是耗費的人力、物力和財力也較多，且測量難度較大，對于一些建筑集中或者環(huán)境較為復雜的地帶無法實現(xiàn)精確測量。而通過應(yīng)用無人機航測系統(tǒng)可以有效解決以上問題，實現(xiàn)對公路帶狀地形的精準測量[1]。

2 無人機航測系統(tǒng)的優(yōu)勢和不足

無人機航測系統(tǒng)和我國傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比較，雖然具有較多的優(yōu)勢，但是，也有一定的不足。

優(yōu)勢：（1）在實際應(yīng)用過程中，無人機航測系統(tǒng)的測量成本相對較低，通過利用無人機可以對相關(guān)區(qū)域的地理信息進行測定，且整個測量流程可以通過無人機完成，在很大程度上節(jié)約了測量單位的人力。另外，利用無人機不僅可以實現(xiàn)無人駕駛，而且測量單位也不需要在飛行器上安裝相關(guān)安全裝備和駕駛儀，避免了額外費用的產(chǎn)生。（2）在使用過程中，可以直接對無人機進行拆卸和折疊，因此，在運輸過程中，運費也較少。（3）無人機航測系統(tǒng)還具有靈活、迅速的特點，在使用過程中，可以對較為復雜的事故現(xiàn)場進行測量，在一些災(zāi)害或事故發(fā)生后，可以及時獲取遙感數(shù)據(jù)信息幫助工作人員進行災(zāi)后救援工作。（4）無人機飛行高度較低獲取的數(shù)據(jù)信息的誤差較小，通過應(yīng)用無人機航測系統(tǒng)可以有效解決傳統(tǒng)的測量技術(shù)的精度較差的問題，獲取精確較高的比例尺影像圖，特別是在獲取局部信息方面，其成功率較高[2]。

不足：（1）因為無人機在使用過程中沒有安全防護措施，因此，常出現(xiàn)故障問題，影響測繪工作的結(jié)果；（2）因為無人機沒有配套應(yīng)急措施，一旦發(fā)生故障，很難在第一時間進行處理，得到的測量數(shù)據(jù)也難以保證；（3）無人機航測技術(shù)的測量穩(wěn)定性還有待提高，因為無人機在運行時不需要駕駛員進行駕駛，導致無人機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計非常簡單，質(zhì)量較輕，且外形小巧，在實際測量過程中，一旦遇到強氣流天氣，很容易偏離設(shè)定軌道，獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量也會受到較為嚴重的影響。雖然我國在不斷改善無人機的性能，使其具備航線自動調(diào)整的功能，但是，其穩(wěn)定性仍然有待提高。

3 無人機航測的基本流程

無人機航測的基本流程如圖1 所示。

圖1 無人機航測基本流程

4 無人機航測系統(tǒng)在公路帶狀地形測量中的應(yīng)用

以我國某鄉(xiāng)鎮(zhèn)村級公路帶狀地形數(shù)據(jù)的采集為例進行了分析，此公路總長20.445km，在實際測量過程中，以線路中線為基礎(chǔ)，向兩側(cè)各延伸30m 為測量范圍。工程的起點坐標為：東經(jīng)108°05′08.6″，北緯29°37′55.5″；終點為：東經(jīng)108°10′37.9″，北緯29°37′24.9″。被測量公路地處山地地區(qū)，且海拔較高，最高海拔可達1 617m，最低海拔為1 088m。該公路工程地勢較為復雜，并且存在較多的地物，進行測量時，通視環(huán)境較差。

4.1 公路控制測量和航空攝影測量

對該路段的測量工作主要包括：（1）測量單位在控制測量和無人機的航空攝影測量中，采取的測量方式為GNSS 靜態(tài)和全站儀導線相結(jié)合的方法，并設(shè)置一對四等GPS 控制點，在控制點間布置間距為500m 的導線點；（2）在無人機的航線設(shè)計中，測量單位主要設(shè)計了6 個飛行架次，按照測量寬度完成航線設(shè)計，在航飛平臺上選擇了ZC－2 型，系統(tǒng)為YS09，焦距為35.52mm 單反相機；（3）在實際航拍過程中，測量單位結(jié)合具體的氣候條件選擇最佳的航攝時間；（4）在相片的控制點測量中，測量單位需要加強對地形的研究，自線路中線的周邊進行測量控制，布設(shè)布標，選擇普通的正方形噴繪。

4.2 空間加密計算和業(yè)內(nèi)測圖

空間加密計算和業(yè)內(nèi)測圖過程為：（1）在空間加密計算過程中，測量單位在選擇數(shù)碼相片的坐標時，需要注意其坐標殘差要滿足實際測量的要求，并同時采用邊框進行計算。加強坐標位置的自檢，避免其出現(xiàn)較大的誤差，影響實際測量結(jié)果。（2）在自動點的控制上，需要保證數(shù)量在30 個以上。（3）在絕對定向和區(qū)域間的平差計算中，要分成3 個區(qū)域進行計算，并做好相關(guān)接邊處理工作。（4）內(nèi)業(yè)測圖中，測量單位應(yīng)結(jié)合路段的實際情況采取全野外刺點測圖，對地物進行野外補測，完善模型繪制。（5）對于樹木較為密集或者較為隱蔽的地方，測量人員需要對高程點讀取兩次讀數(shù)，本工程誤差是0.4m，中數(shù)標記是0.1m。（6）對于測量范圍內(nèi)較為獨立的地物、架空管線以及各級道路，都需要進行相應(yīng)的測繪，對于建筑物中的植被和土地要進行明確的區(qū)分，以此保證公路的空間加密計算和業(yè)內(nèi)測圖的效果。

4.3 外業(yè)調(diào)繪和成果精度的檢查

外業(yè)調(diào)繪從本質(zhì)上來講指的是按照我國的相關(guān)規(guī)定，通過打印紙質(zhì)的地形圖對測量結(jié)果進行調(diào)繪和修改。為此，（1）測量單位需要對測量過程中的電力線、電纜、電桿以及鐵塔等內(nèi)容進行調(diào)繪，并在實際調(diào)繪過程中注意區(qū)分高壓線、低壓線等，對于光纜和通信線路以及電壓值需要進行特殊的標準，以此明確線路的走向；（2）測量單位需要對公路的等級、路面狀況以及寬度進行實地測繪；（3）測量單位需要對測量范圍內(nèi)的植被類型進行明確的區(qū)分，結(jié)合農(nóng)作物的種類進行調(diào)繪和修改[3]。

通過在此工程中應(yīng)用無人機航測系統(tǒng)，測量人員使用自檢校平差的方法消除了測量誤差，有效提高了測量結(jié)果的準確性和可靠性。同時有效節(jié)省了人力、物力，降低了測量成本。

5 結(jié)語

綜上所述，無人機航測技術(shù)在安全性和穩(wěn)定性方面還存在一定的不足，但是，和我國傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比具有較多的應(yīng)用優(yōu)勢，如測量精度較高、測量成本較低等，通過在公路帶狀地形測量中的應(yīng)用應(yīng)用無人機航測系統(tǒng)，可以有效提高公路測繪的速度和精確度，進而滿足當前我國政府和國民對帶狀公路地形的測量要求，為公路工程的后期施工奠定堅實的基礎(chǔ)。