公路勘察設計中無人機航測技術的應用

彭 四，劉吉明

（中交二航局第一工程有限公司，湖北 武漢 430000）

1 無人機航測在地形測量中的優勢

在科學技術水平不斷提升背景之下，無人機的應用范圍逐步延展，與航空攝影測量技術融合后，可為項目勘測工作提供支持。基于該技術的應用，可為工程人員呈現區域內的影像數據，并創建三維模型，以便給設計與施工提供可靠指導。

1.1 周期短、靈活度高

無人機的突出優勢在于改變了人員機內操作的方式，可控性更高，在一系列緊急任務中具有較好的應用效果，可實現對監測區域的實時監測，創建圖像數據。從現有技術水平來看，單個無人機連續工作一周覆蓋的區域總面積可達2100km2。不僅如此，無人機測量產生的信息可及時匯總并完整傳輸至管理基地，整個環節效率較高。不同于有人機的是，無人機的適應能力更強，不易受到外界環境影響，實際工作中無需考慮各類外界因素的干擾，遇突發事故時可靈活應變；無需煩瑣的運行環節，僅注冊飛行即可，有效縮短了項目周期，且在多類場地中均可穩定運行。

1.2 分辨率高、數據準確

無人機融入了行業內先進技術，所適配的成像設備普遍具備較高分辨力，通過低空飛行（工作點與地面間距常控制在1000m以下），可獲得更為清晰的圖像，測量地形的各處細節均可準確呈現。

1.3 飛行航線合理、成本低

無人機的運行是基于特定程序而實現的，以測量要求為準，向設備內預設相應數據，實際運行中精度更為良好、飛行姿態也可滿足要求。基于此特點，在地形測量中具備優良的應用效果，在地形復雜地區也可有效航測。

1.4 安全性能高

從安全性上來看，使用無人機測量具有較高的安全系數，主要表現在以下3個方面：（1）空域限制小，無人機可在各種地形上使用；（2）天氣限制小，即使在惡劣的環境下，無人機依然可以人為操控，完成勘測任務；（3）人員傷亡小，有效保障了工作人員的工作安全。鑒于上述原因，使用無人機勘測地形，在低空測繪方面有著較高的使用率。當勘測任務風險系數高時，可以有效避免人員傷亡，從而規避勘測風險。

2 無人機航測技術的應用流程

2.1 像控點的布設與相機檢校

準備工作是實現無人機高效作業的必要前提，其中以控點的布設和相機檢校最為關鍵。以合理的方式設置像控點，可提升攝影角度的合理性，以便為攝像的精準性提供保障。基于此，相關人員必須注重對像控點的設置，并詳細檢校相機各細節之處。在衛星定位技術的支持下，可取得較準確的像控點布設結果，并使用相機對其檢驗。若像控點的布設缺乏合理性，則要靈活校正，并再次檢驗，直至所有像控點都與航測要求相符。現階段，無人機航測技術雖然取得了較廣泛應用，但依然有較大的技術上升空間，提高像控點布設精度是重要的突破口。總體上，像控點的布設必須足夠合理，相機檢校也應落實到位，作為基礎性工作，均會對航測結果精確性造成影響。

2.2 航空攝影

根據航測要求確定合適的像控點，隨后再進行調試，以確保攝影圖像達到最清晰的效果。結束上述準備工作后，即可正式攝影。不同于常規攝影方式的是，航空攝影對設備要求更高，因此相機的配置尤為關鍵，否則將對影像的清晰度造成影響，使其出現模糊等問題。高性能相機是創建高精準度圖像的必要前提，可幫助工程人員獲得精確的數據，以便為設計、施工等環節提供參考。因此，相關人員需從實際航測需求出發，選擇合適的設備。

2.3 制作正射影像圖

通過無人機拍攝后，將各階段的影像資料完整記錄，匯總至系統中進行深入的分析，從而獲得更具指導價值的數據。通常情況下，正射影像類軟件是較為可行的平臺，其可針對航測數據做技術性分析。從工作流程來看，首先收集所有航拍數據，根據三維散點創建正射影像，而這一流程的實現必須建立在航測數據足夠精準的基礎上，否則會對分析結果的準確性帶來影響。同樣，正射影像圖可為測量工作提供指導，若要有序完成后續各環節施工作業，就必須提高數據準確性，創建相對應的正射影像，以便給公路的施工建設創造良好條件。

2.4 可視模型的制作

準確掌握公路地形地貌是高效施工的關鍵，為達到這一效果，要將測量數據匯總，首先創建正射影像，隨后再生成可視模型，此方式可更為直觀地呈現勘察公路的地形情況，有助于工程人員分析現場情況，更全面地掌握地貌特點。創建的三維立體模型必須具備可視化的特點，進而為分析工作提供可靠資料，縮短工作時間，創造更可觀的工作效率。

3 測區概況

此處以凱菲至馬庫爾迪公路改擴建工程為例進行說明。該項目起點位于尼日利亞納薩拉瓦州，全線長度超過210km，項目設計走廊帶為200m，測區地勢比較平坦，高差起伏變化不大，現場情況復雜，安全風險較大。為掌握沿線地形地貌情況，采用無人機航測的方式，分析數據并創建模型。

4 工程實施

考慮到項目施工要求，結合與施工現場有關的資料，繪制實施流程，具體如圖1所示。

圖1 無人機航測工作流程

4.1 像控點布設

該區像控點布設為平高點和檢查點。像控點形狀采用直徑60cm圓形，布設材料泥質地面使用白石灰粉，瀝青路水泥地等硬質地面使用白色油漆布設。

區域網的圖形應成矩形或方形，區域網的大小和像控點的跨度以能夠滿足空中三角測量精度要求為原則，航向隔1km布設一個像控點，間隔一條航線布設像片平高點，控制點成組布設，共布設像控點102個。

4.2 航空攝影

根據勘察工作量選擇合適設備，該項目為KC2000型無人機，為滿足攝影要求，適配NI-KOND800相機，通過兩類設備相配合的方式完成航空攝像任務。測量系統選擇的是我國自主研發的附件CURS系統。以1∶1000的比例標準生成航測地圖，將航測現場劃分為2個區域。

參考《低空數字航空攝影規范》（CH/Z 3005—2010），結合項目實際情況，確定航高為80m，任務執行過程中航向重疊度75%，共生成457張像片[1]。

4.3 內業加密

首先做好業內加密前的準備工作，即確定像控點，通過畸變差改正的方式提升成像結果精確性，對各像控點做準確的標記并詳細說明。經上述工作后，進行內業加密，此處選擇的是DAT Matrix軟件。

4.4 DOM制作

基于DEM數據，加之加密成果，可針對原始影像執行正射糾正操作，此處選擇的是Map Matrix平臺，經處理后再利用EPT拼接，獲得結果并導入Photoshop，全面檢查拼接影像的各個細部，若存在重影等問題，及時對其采取糾正措施，各項信息都無誤后最終創建DOM數據。

4.5 DLG生產

匯總航測數據，在工作采集平臺的輔助下創建立體模型，切換至立體模式，在此環境下準確掌握各區域地物、地貌的實際情況[2]。根據該項目實際情況，DLG等高距均設定為2m。

通過業內采集的方式可以形成線劃圖，在此基礎上執行外業調繪處理。實際工作中，安排專業人員深入勘察現場定性補調，為與既有資料有效區分，該項目通過藍色簽字筆描繪調繪內容，所有補調內容均使用紅色簽字筆描繪，要求所有工具的線寬均控制在0.3mm以下，將各項內容精準呈現至圖紙上。除此之外，關于房檐改正，此部分選擇的是藍色簽字筆，將實際改正數準確標記出來，且此部分數據均要在改正邊長的內部。

通過改檐后房角完成補測作業，部分區域僅利用皮尺難以達到精確定位的效果，或是出現定位難度較大的現象時，首先要描繪地物形狀，確定各定位點，再通過全站儀測量定位點（根據實際情況可靈活應用GPS-RTK等技術），安排調繪人員確認，要求所有新增地物都被準確呈現出來，不可遺漏。

4.6 數據精度分析

檢測結果需如實反映現場情況，否則將導致設計方案出現偏差，甚至引發施工質量問題。根據該標段的實際情況，確定了61個地面特征點，還增設了28個平面檢查點，將此部分作為平面檢查點；除此之外，還采集了70個高程點，此部分均為高程檢查點。

分析各類檢查點的點位中誤差，根據所得結果得知，地面特征點為0.515m、房屋角點為0.546m、高程檢查點為0.426m。綜合對比《公路勘測規范》（JTG C10—2007）所提標準，表明所有誤差都控制在合理范圍內，達到航空攝影測量所提出的精確要求，因此所提的無人機航測方法具有可行性[3]。

5 結束語

綜上所述，文章從無人機航測技術的基本特點出發，總結實施流程，并引入工程實例作針對性分析，提出與工程情況相適應的攝影測量方法，所得結果表明該方法取得的檢測結果精度較高，滿足設計要求。經文章的分析，以期給無人機航測技術的應用提供參考。