測繪新技術在公路測量中的應用研究運用

馮 誼

（寧夏北斗測繪技術有限公司，寧夏 銀川 750001）

1 無人機機載激光雷達技術

1.1 無人機機載激光雷達技術的優點

隨著時代的發展，在公路測量中需要采取大量坐標數據，構成數字表面模型 （DIGITALSURFACEMODEL，英文縮寫為DSM），并生成數字高程模型（DIGITALELEVATIONMODE，英文縮寫為DEM）。過去制作DEM，需要使用飛機進行航空攝影，采用空中三角立體測量技術并輔以地面測量配合，外業周期長、難度高、精度低，已經難以適應當今社會的發展。無人機機載激光雷達技術分辨率高、動態探測范圍大，能在短時間內直接、快速地獲取真實地表的高精度三維信息 （包括LIDAR的三維坐標），從而大大減輕地面外業作業量。使用無人機機載激光雷達技術，可以同時獲取DSM模型與DEM模型，精確描繪地表、地貌、地形的三維特征。

1.2 在公路測量中應用無人機機載激光雷達技術

新疆某段高速公路項目，公路沿線區域多為人煙稀少的荒漠、戈壁，地形崎嶇、交通不便，冬季時有大風、大雪；測區內水準點分布較少，一些水準點年久失修，出現了自然損壞。測區需穿越高山山谷，整個測區內高度相對落差超過1 500 m。項目施工又急需測繪人員提供詳細的三維數字化地形圖，有鑒于此，測繪人員決定使用無人機機載激光雷達技術。

測繪人員首先選定了無人機與機載激光系統，確定了數據采集的范圍（ 沿路線中心線左右兩側300 m）、DSM模型地面點高程插值精度 （中誤差＜0.5 m），數字正射影像分辨率 （0.2 m）；繼而布設無人機航線、無人機航線起始點經緯度坐標；然后操縱無人機進行航攝 （航攝儀焦距為28 mm，CCD單元尺寸為8 μ m，激光掃描角為60°，航向重疊度為60%，旁向重疊度為30%，激光掃描重疊度為23%）。由于航線上出現了大量地面積雪，測繪人員不得不進行了多次無人機航測，前后歷時一個多月才獲取全部數據。

在獲取數據后，技術人員對數據進行了差分處理，將機載GPS正反解差值控制在0.1 m以內；然后進行激光點自動分類→檢查、修改DSM模型→繼而進行激光精細分類→導出地面點→調入數碼影像數據，添加相片間的連接點→進行影像色彩接線→生成正射影像，最終生成DSM模型。

2 無人機傾斜攝影技術

2.1 傾斜攝影技術的特點

傾斜攝影系統由多頭相機、GPS、姿態定位系統共同構成。多頭相機用于從五個角度進行拍攝，GPS用于獲取三個線元素，姿態定位系統用于記錄多頭相機在曝光瞬間的三個角元素。進行傾斜攝影，必須設計好無人機航線，確定旁向重疊度達到30%，航向重疊度達到66%。若需要生成三維模型，需將航向重疊度設置為70%，旁向重疊度設置為50%。

在獲取無人機傾斜攝影的影像數據后，技術人員需根據影像數據的特點以及多頭相機定標參數、無人機拍攝姿態數據對影像數據進行幾何校正；然后進行多視影像聯合平差，導入連接點坐標、控制點坐標、GPS數據進行聯合解算→進行多視影像密集匹配，生成DSM模型，并進行真正射影像糾正，最后進行三維建模。

2.2 在公路測量中應用傾斜攝影技術

某市某區，面積大約為1.57 km2，區內地物復雜，有大型建筑物、道路、籃球場、樹木、人行道、水泡，建筑物高度在80 m以下。該區要進行公路改建，因此，測繪人員使用無人機傾斜攝影技術對該區進行了公路測量。

測繪人員選擇旋翼無人機，利用RTK測量選擇好的像控點實地三維坐標、檢查點三維坐標 （每個點測量兩次，取數據平均值）；然后為無人機傾斜攝影系統設置地面分辨率、多頭相機曝光參數、航向重疊度80%、旁向重疊度70%、飛行高度200 m、飛行速度5 m/s、相機傾斜角45°；再啟動無人機，遙控無人機沿航線飛行，按3 s張的頻率進行自動拍攝。無人機前后在五條航線上進行航拍，飛行了5個架次，歷時60 min，獲取了7 500張相片，大小為60 GB。

在獲取無人機航拍數據后，技術人員使用PIX4DMAPPER軟件，導入影像數據。軟件對數據進行自動校正，并顯示出測區詳細的影像信息、位置信息。然后，技術人員在軟件中導入像控點文件，標出控制點位置 （每個控制點對應4張數碼相片）。

之后，技術人員使用SIFT特征提取算法，結合像控點坐標與多高影像外方位元素數據，提取影像特征，將連接點-連接線、控制點坐標進行聯合平差，計算出每張數碼相片的外方位元素與坐標，從而完成三角測量處理。完成三角測量處理后，技術人員進行點云加密處理。最后生成具有實景效果的DSM模型與數字正射影像圖。

2.3 無人機傾斜攝影的注意事項

使用無人機進行傾斜攝影作業，多頭數碼相機可能出現徑向畸變差、偏心畸變差，因此，技術人員需對多頭相機進行檢測。常用的檢測方法有光學實驗室檢校法、試驗場檢校法、自檢校法。由于光學畸變可能造成影像變形，技術人員還需求取影像的畸變參數，對數字影像進行畸變差改正。

3 公路測量中應用BIM技術

BIM技術是應用于建筑工程設計的數據化工具，它可以為建筑項目構建三維虛擬模型，并呈現該項目全部信息、數據。BIM技術具有可視化、可協調、可模擬、可出圖等多種功能。雖然BIM技術多用于建筑設計、施工，但在公路測量中同樣可以應用BIM技術。

東北某高速公路需要進行改擴建，路線全長200 km，車流量大，沿線路況復雜，沿線分布著大量地下管線，為提高公路測量的全面性，測繪人員在這次測繪中應用了BIM技術。

首先，測繪人員使用無人機機載激光雷達技術對線路進行了全程航攝，然后在BIM平臺上進行三維建模，展示沿線生態、地貌、地形特征。技術人員采用國家高程基準，處理激光點云，最后生成DEM模型。

4 紫蜂技術

4.1 紫蜂技術

紫蜂，是ZIGBEE的意譯。ZIGBEE是一種低速、短距離無線通信技術，主要用于傳感控制應用。紫蜂技術耗能極低，僅需2節5號電池便可支持一個ZIGBEE節點工作6～24個月（ 兩年），相比之下，藍牙節點最多只能幾周；紫蜂技術成本比藍牙更低，性價比更高，響應速度更快（ ZIGBEE成本不到藍牙的1/10，ZIGBEE節點連接進入網絡的時間只需30 ms，而藍牙節點連接進入網絡需要3～10 s），容量大，安全性高，在公路測量中可以很好地發揮作用。

4.2 在公路測量中應用紫蜂技術

公路施工測量的一個重要內容是觀測路基、路面的沉降、水平位移。測繪人員可應用紫蜂技術，在現場建立大量無人值守的測繪節點，從而實現全天候、全時段觀測。

5 結語

現今，我國公路通車里程已經高居世界第一，但公路測量技術卻不能與發達國家比肩。因此，應當在公路測量中主動應用各種測繪新技術，不斷提高測繪的精度，為公路建設事業作出更大的貢獻。