無人機(jī)航測技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張立志

山西省公路局大同分局 山西大同 037006

現(xiàn)階段，無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用有效提高了公路勘察工作效率，該技術(shù)投入時(shí)間較短，但是相對于傳統(tǒng)勘測方法而言，對采集數(shù)據(jù)時(shí)的環(huán)境和天氣的要求比較低。同時(shí)，無人機(jī)由于體積比較小，對機(jī)場條件要求較低，可以實(shí)現(xiàn)低空飛行，提高勘察準(zhǔn)確度，同時(shí)能夠自行處理勘測數(shù)據(jù)，有效降低勘察成本，提高勘查可靠性，該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展對于公路建設(shè)而言具有積極的推動(dòng)作用。

1 無人機(jī)航測技術(shù)優(yōu)勢

無人機(jī)與航空攝影測量技術(shù)的結(jié)合，為公路勘測工作提供了支持。該技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾方面：①靈活性強(qiáng)。無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)操作，可以用在緊急任務(wù)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測制定區(qū)域，并建立圖像數(shù)據(jù)。同時(shí)，無人機(jī)適應(yīng)能力強(qiáng)，外界影響程度小，實(shí)際工作時(shí)，能夠及時(shí)靈活應(yīng)對突發(fā)事故，且不受場地限制[1]。②獲取數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。無人機(jī)技術(shù)比較先進(jìn)，其相應(yīng)的成像設(shè)備具有較高的分辨率，并利用低空飛行獲取更加清晰的圖像，準(zhǔn)確呈現(xiàn)地形細(xì)節(jié)。③飛行成本較低。無人機(jī)是根據(jù)固定程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行的，圍繞測量需求，預(yù)設(shè)各種參數(shù)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，精度和飛行姿態(tài)根據(jù)預(yù)設(shè)要求來進(jìn)行。由此，無人機(jī)也能夠在復(fù)雜地形區(qū)進(jìn)行測量[2]。④安全性較高。無人機(jī)在不同地形中都可以應(yīng)用，在相對惡劣的天氣也能夠?qū)崿F(xiàn)勘測作業(yè)。相比衛(wèi)星和有人機(jī)測繪，無人機(jī)航測能夠降低人員傷亡率，保障測設(shè)人員安全，提高勘察工作安全性。

2 公路勘察設(shè)計(jì)中無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用

2.1 工程案例

以山西省某公路K0+000-K7+126 段為例，無人機(jī)航測采用輕型固定翼無人機(jī)，路線全長7.126km，二級(jí)公路。測量區(qū)域地勢東南高西北低，地形較為復(fù)雜，起伏變化較大，為獲取地形地貌，以及所需的平縱數(shù)據(jù)，應(yīng)用無人機(jī)航測方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并建立模型。

（1）布設(shè)像控點(diǎn)，校驗(yàn)相機(jī)。采用RTK 技術(shù)，不需要設(shè)置像控點(diǎn)，在測區(qū)中間布設(shè)平高控制點(diǎn)（質(zhì)量檢查）即可，區(qū)域網(wǎng)中的圖形基本為矩形，區(qū)域網(wǎng)規(guī)模是以空中三角測量精度為基礎(chǔ)，航向間隔1km，每隔一條航線布設(shè)平高點(diǎn)，成組布設(shè)控制點(diǎn)，最后采用RTK 檢查點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

（2）航空攝影。該項(xiàng)目選用的無人機(jī)是拓普康天狼星，搭配的相機(jī)為NI-KOND800，無人機(jī)與相機(jī)相互配合共同完成航空攝影任務(wù)，所生成的航測地圖比例尺為1:1000，航測現(xiàn)場區(qū)域分為1 個(gè)[3]。根據(jù)低空航攝規(guī)范，與項(xiàng)目實(shí)際情況相結(jié)合，航高確定為300m，在執(zhí)行任務(wù)時(shí)航向的重疊度為75%，巡航速度不小于60km/h。現(xiàn)場采用手拋方式起飛、人工輔助降落，無人機(jī)按照航線設(shè)計(jì)自動(dòng)巡航拍攝。地面布設(shè)GPS 基準(zhǔn)站，用于與無人機(jī)（流動(dòng)站）的實(shí)時(shí)差分解算。數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)場質(zhì)檢，航飛照片無虛焦，無拖影，影像清晰。

（3）DOM 制作。根據(jù)DEM 數(shù)據(jù)與加密結(jié)果相結(jié)合，進(jìn)而針對原始影像采用Map Matrixa 平臺(tái)進(jìn)行正射糾正操作，本次飛行共獲取有效照片383 張，通過處理后采用EPT 拼接得到最終結(jié)果，將其導(dǎo)入到photoscan 中，對拼接影像各細(xì)部進(jìn)行全面檢查，如果其中出現(xiàn)重影現(xiàn)象，需要及時(shí)采取措施，確保各個(gè)信息無誤后進(jìn)而建立DOM 數(shù)據(jù)。

（4）DLG 生產(chǎn)。綜合航測數(shù)據(jù)，通過平臺(tái)建立立體模型，將數(shù)據(jù)切換成立體模式，基于此準(zhǔn)確了解各區(qū)域地貌情況，該項(xiàng)目的DLG 等高距設(shè)定數(shù)值為2m。采用業(yè)內(nèi)采集法繪制線劃圖，基于此進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪處理，在進(jìn)行實(shí)際工作時(shí)，要安排專人進(jìn)入到現(xiàn)場進(jìn)行定性補(bǔ)調(diào)，為了能夠?qū)⑵渑c現(xiàn)有資料區(qū)分開，可以利用藍(lán)色簽字筆對調(diào)繪內(nèi)容進(jìn)行描繪，而補(bǔ)調(diào)的內(nèi)容則采用紅色簽字筆進(jìn)行描繪，所使用的的工具線寬均不可超過0.3mm，整個(gè)內(nèi)容都準(zhǔn)確的呈現(xiàn)在圖紙上。此外，房檐改正使用藍(lán)色簽字筆，修正后的數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確、鮮明的標(biāo)記出來。利用改檐后房角進(jìn)行補(bǔ)測補(bǔ)繪工作，確定好定位點(diǎn)，利用GPS-RTK 定位測量，并由測繪人員進(jìn)行確認(rèn)，將新增地物準(zhǔn)確表現(xiàn)出來，不可出現(xiàn)遺漏現(xiàn)象。最終生成DOM 和DLG 疊加（分幅圖）、局部地形圖。

（5）分析檢查。檢測結(jié)果要能夠?qū)⒐こ态F(xiàn)場真實(shí)的反映出來，否則會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)較大偏差。按照工程實(shí)地情況確定地面特征點(diǎn)和平面檢查點(diǎn)，以此為平面檢查點(diǎn)，同時(shí)采集相應(yīng)高程點(diǎn)，以此為高程檢查點(diǎn)。對檢查點(diǎn)點(diǎn)位中的誤差進(jìn)行分析，以此為結(jié)果，地面特征點(diǎn)和房屋角點(diǎn)分布是0.515m、0.545m，通過對相關(guān)規(guī)范綜合對比了解到，全部誤差均被合理控制在一定范圍內(nèi)，符合航空攝影測量要求，由此可見，無人機(jī)航測方法的應(yīng)用具有可行性。

2.2 無人機(jī)航測技術(shù)與傳統(tǒng)測量對比

用無人機(jī)航測完成本項(xiàng)目地形測繪需要做以下工作：外業(yè)航飛、DLG 的采集、外業(yè)調(diào)繪、內(nèi)業(yè)編輯等工作。內(nèi)業(yè)投入2 個(gè)作業(yè)員，外業(yè)投入4 個(gè)人（兩個(gè)小組）；航線設(shè)計(jì)及外業(yè)航飛需要0.5 天的時(shí)間，內(nèi)業(yè)編輯DLG 采集需要2 天（按照每人0.33 平方公里/天來計(jì)算），外業(yè)調(diào)繪需要2.5 天（按照每個(gè)小組1.2 平方公里/天來計(jì)算），合計(jì)6 天。用傳統(tǒng)測量完成本項(xiàng)目地形測繪需要做以下工作：采用全站儀/RTK 外業(yè)采集碎部點(diǎn)、內(nèi)業(yè)成圖。投入6 個(gè)作業(yè)員（3 組）白天外業(yè)數(shù)據(jù)采集，晚上內(nèi)業(yè)成圖，按照每小組0.1平方公里/天來計(jì)算，共需30 天。通過對比可以得出，傳統(tǒng)測量對儀器、人員等方面要求較高，同時(shí)還受外界因素（天氣、溫度、地形條件等）影響較大，無人機(jī)航測具有快速方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低、成圖速度快等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)語

無人機(jī)航測技術(shù)作為當(dāng)前一種新的勘測技術(shù)，其在公路勘測設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，對公路建設(shè)發(fā)揮了積極的作用，在一定程度上推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。但是，當(dāng)前無人機(jī)應(yīng)用仍然處于初級(jí)階段，其中有不足之處，需要不斷改善，提高無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用水平。