傳統(tǒng)測(cè)量與無人機(jī)技術(shù)在管線測(cè)量中的應(yīng)用與對(duì)比

陳 建 城

(寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司測(cè)繪分公司，寧夏 銀川 750004)

傳統(tǒng)測(cè)量與無人機(jī)技術(shù)在管線測(cè)量中的應(yīng)用與對(duì)比

陳 建 城

(寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司測(cè)繪分公司，寧夏 銀川 750004)

通過傳統(tǒng)測(cè)量在固原地區(qū)城鄉(xiāng)水源工程的技術(shù)實(shí)施，概述了工程測(cè)量的平面和高程控制測(cè)量方法，同時(shí)應(yīng)用高端智能無人機(jī)技術(shù)測(cè)繪了帶狀地形圖,并對(duì)比了傳統(tǒng)測(cè)量和無人機(jī)技術(shù)在水利縱橫斷面及地形圖測(cè)量中的應(yīng)用特性和精度，指出無人機(jī)技術(shù)在管線測(cè)量中可作為傳統(tǒng)測(cè)量的補(bǔ)充。

管線，高程控制，無人機(jī)技術(shù)，地形圖

1 工程概況

寧夏固原地區(qū)城鄉(xiāng)水源工程位于東經(jīng)106°10′～106°30′，北緯35°20′～36°10′。其地形起伏大、山大溝深、海拔高、線路交通不便，通視條件差，測(cè)繪工作難度大。本次施測(cè)1 911 m高程引水揚(yáng)水方案。該方案采用管道輸水，自涇源縣老龍?zhí)端畮靿紊献髠?cè)引水隧洞引水，最后送入固原市南郊,管線長(zhǎng)74 km。

經(jīng)踏勘測(cè)區(qū)內(nèi)有4個(gè)國家三角點(diǎn)，有Ⅲ東山坡、Ⅲ劉家溝等三角點(diǎn)可供平面控制所用。高程控制利用測(cè)區(qū)內(nèi)已有的三等以上水準(zhǔn)點(diǎn)，有隴和028、隴和030等。測(cè)區(qū)內(nèi)1∶1萬地形圖可用于選點(diǎn)、布網(wǎng)，確定管線線路走向。

2 平面控制和高程控制

測(cè)區(qū)內(nèi)已有國家平面高程控制點(diǎn)嚴(yán)重破壞，不能滿足管線及隧洞測(cè)量需要。需布設(shè)GPS D級(jí)平面和四等水準(zhǔn)高程控制。全線布設(shè)30個(gè)GPS D級(jí)點(diǎn)，編號(hào)為GSi(i=1,2,3…)。而無人機(jī)的像控點(diǎn)采用全野外布點(diǎn),它采集的碎步點(diǎn)云可以生成DOM,但不能滿足于后期施工控制，故本工程的控制仍采用Trimble5800平面和精密四等高程控制測(cè)量。

2.1 平面控制

采用5臺(tái)TrimbleGPS雙頻接收機(jī)，按D級(jí)靜態(tài)法每點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)1 h，采用TGO平差軟件包解算，其平差流程如圖1所示。

管線中心線采用Trimble5800 RTK方法測(cè)量，基準(zhǔn)站架設(shè)在GPS D級(jí)點(diǎn)上或國家四等以上三角點(diǎn)上，流動(dòng)站與基站的距離不得大于5 km，在流動(dòng)站處于固定解時(shí)，對(duì)未知點(diǎn)在同一時(shí)間段內(nèi)連續(xù)進(jìn)行測(cè)量4次，取均數(shù)作為最終成果。不同基站應(yīng)設(shè)公共點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。RTK衛(wèi)星狀態(tài)應(yīng)符合表1規(guī)定。

表1 RTK衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)表

2.2 高程控制

四等水準(zhǔn)線路為龍固線，編號(hào)為L(zhǎng)Gi，沿管線兩側(cè)布設(shè)四等水準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)或附合線路，每3 km左右設(shè)點(diǎn),四等水準(zhǔn)采用瑞得電子手簿記錄、打印，水準(zhǔn)線路觀測(cè)結(jié)束后進(jìn)行高差和概略高程表的編算，并經(jīng)校核無誤后進(jìn)行高程平差計(jì)算。其四等水準(zhǔn)線路平差計(jì)算見表2。

表2 四等水準(zhǔn)線路平差計(jì)算

3 縱、橫斷面測(cè)量

3.1 傳統(tǒng)的縱、橫斷面測(cè)量

斷面點(diǎn)高程采用全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行施測(cè)。一般地形每50 m一樁，地形變化處加樁。線路縱斷面圖采用直角坐標(biāo)法繪制。橫斷面的施測(cè)采用全站儀進(jìn)行，采用PDA記錄，機(jī)助成圖。橫斷面圖采用斷面成圖軟件生成。

3.2 高端智能無人機(jī)的縱、橫斷面測(cè)量

利用無人機(jī)后處理軟件,于地形圖上拾取縱橫斷面線位置,軟件自動(dòng)生成斷面圖形和相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件。

綜上所述，得出關(guān)于縱橫斷面測(cè)量中，傳統(tǒng)的測(cè)量和高端智能無人機(jī)的比較，見表3。

4 地形測(cè)量

4.1 傳統(tǒng)的地形測(cè)量

采用全站儀配合電子手簿(RD-EB1)分段分組作業(yè)，每測(cè)站要進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)站檢查；由領(lǐng)圖人員在現(xiàn)場(chǎng)隨測(cè)隨繪，并指揮鏡站(司尺)人員將棱鏡立到地形、地物的特征點(diǎn)、特征線上。將當(dāng)天所測(cè)內(nèi)容對(duì)照草圖在電子手簿或計(jì)算機(jī)上完成編碼。

表3 傳統(tǒng)測(cè)量和高端智能無人機(jī)關(guān)于縱橫斷面測(cè)量的比較

4.2 高端智能無人機(jī)的地形測(cè)量

高端智能無人機(jī)采用最新的無人機(jī)應(yīng)用模式即100 Hz RTK空中自動(dòng)獲取像主點(diǎn),通過高精度GNSS RTK技術(shù)結(jié)合精密定時(shí)技術(shù)來確定每個(gè)曝光點(diǎn)的精確位置，從而使影像位置可以完全替代大量地面控制點(diǎn)GCP的作用。利用空三結(jié)果恢復(fù)立體模型，導(dǎo)入測(cè)圖軟件VirtuoZo全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)圖，生成DOM流程如：

建立測(cè)區(qū)→設(shè)置相機(jī)參數(shù)→輸入控制點(diǎn)→影像處理→相對(duì)定向→絕對(duì)定向→采集核線影像→基于大地坐標(biāo)的數(shù)字化測(cè)圖。

綜述，得到在地形圖測(cè)繪中，二者的比較見表4。

表4 傳統(tǒng)測(cè)量和高端智能無人機(jī)關(guān)于地形圖測(cè)量的比較

5 精度對(duì)比

精度分析是制作地形圖必不可少的環(huán)節(jié),以便判定所測(cè)地形圖是否滿足國家規(guī)范要求。此次精度評(píng)定主要采用外業(yè)實(shí)測(cè)檢查點(diǎn),并參考現(xiàn)有的1∶2 000地形圖。本次外業(yè)檢查點(diǎn)坐標(biāo)的獲取采用GPS快速靜態(tài)的方式測(cè)得,每個(gè)點(diǎn)測(cè)兩個(gè)時(shí)段,一個(gè)時(shí)段為5 s。

1)將立體模型上測(cè)得的像控點(diǎn)坐標(biāo)與傳統(tǒng)測(cè)量外業(yè)測(cè)得的像控點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算檢查點(diǎn)的中誤差，得到平面中誤差為0.3 m，高程中誤差為0.18 m。

2)在一個(gè)圖幅內(nèi)選擇38個(gè)檢查點(diǎn),平均誤差0.058 m，高程檢查47個(gè)點(diǎn)中誤差0.098 m。將實(shí)測(cè)坐標(biāo)與圖上坐標(biāo)對(duì)比,算出兩組坐標(biāo)的較差,然后,利用點(diǎn)位中誤差公式算出各個(gè)檢查點(diǎn)的中誤差。其精度滿足《地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》對(duì)1∶2 000地形圖的要求。其計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 DOM精度檢查統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)語

關(guān)于傳統(tǒng)測(cè)量和無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于山區(qū)管線測(cè)繪中，主要從平面、高程控制及縱橫斷面和地形圖測(cè)繪中，得到如下結(jié)論：

1)水利工程管線測(cè)量中，需要控制點(diǎn)為后期的施工放樣提供基準(zhǔn)點(diǎn)，且高程精度要求比較高，故傳統(tǒng)的平面和高程控制測(cè)量仍然按照國家規(guī)范進(jìn)行，高端智能無人機(jī)測(cè)量?jī)H提供相關(guān)縱橫斷面圖和地形圖測(cè)量。2)輕型高端智能無人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)具有運(yùn)行成本低，執(zhí)行任務(wù)靈活等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為水利管線地形圖的有益補(bǔ)充，成為空間數(shù)據(jù)獲取的重要工具。3)輕型高端智能無人機(jī)攝影成圖數(shù)據(jù)精度優(yōu)良，能滿足1∶2 000地形圖測(cè)繪的要求。實(shí)踐證明，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為一種有效的快速測(cè)繪手段，可作為傳統(tǒng)測(cè)繪手段應(yīng)用的一個(gè)較好的補(bǔ)充。

[1] 鄭秀菊.淺析低空無人機(jī)在測(cè)繪中的應(yīng)用[J].吉林農(nóng)業(yè)，2012(15)：247.

[2] GB/T 14911—2008,測(cè)繪基本術(shù)語[S].

[3] 劉寶鋒.1∶2000地形圖測(cè)繪航測(cè)作業(yè)方法探討[J].硅谷,2012(5):148-149.

[4] 徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2004：1-7.

Traditional measurement and application of Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology in the measurement of the pipeline and contrast

Chen Jiancheng

(NingxiaWaterResources&HydropowerSurveyDesign&ResearchInstitute,Yinchuan750004,China)

This paper combined with the traditional measurement technology implementation of the urban and rural water supply project in natural Guyuan region, summarizes the engineering survey of the plane and elevation control survey, high-end intelligent Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology and application of surveying and mapping banded topographic map, comparing with the traditional measurement and Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology applied in the vertical and horizontal section of water conservancy and topography measurement and accuracy analysis, put forward the Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology in the measurement of the pipeline in the make up for the traditional measurement requirements.

pipeline， elevation control， Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology， topographic map

1009-6825(2017)01-0218-02

2016-10-23

陳建城(1980- )，男，工程師

TU198

A