無人機航測系統在公路帶狀地形測量中的應用分析

劉亞楠

（中國電建市政建設集團有限公司，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境較為復雜的地帶無法實現精確測量。而通過應用無人機航測系統可以有效解決以上問題，實現對公路帶狀地形的精準測量[1]。

2 無人機航測系統的優勢和不足

無人機航測系統和我國傳統的測量技術相比較，雖然具有較多的優勢，但是，也有一定的不足。

優勢：（1）在實際應用過程中，無人機航測系統的測量成本相對較低，通過利用無人機可以對相關區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，在很大程度上節約了測量單位的人力。另外，利用無人機不僅可以實現無人駕駛，而且測量單位也不需要在飛行器上安裝相關安全裝備和駕駛儀，避免了額外費用的產生。（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場進行測量，在一些災害或事故發生后，可以及時獲取遙感數據信息幫助工作人員進行災后救援工作。（4）無人機飛行高度較低獲取的數據信息的誤差較小，通過應用無人機航測系統可以有效解決傳統的測量技術的精度較差的問題，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，常出現故障問題，影響測繪工作的結果；（2）因為無人機沒有配套應急措施，一旦發生故障，很難在第一時間進行處理，得到的測量數據也難以保證；（3）無人機航測技術的測量穩定性還有待提高，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構設計非常簡單，質量較輕，且外形小巧，在實際測量過程中，一旦遇到強氣流天氣，很容易偏離設定軌道，獲得的數據質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整的功能，但是，其穩定性仍然有待提高。

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 無人機航測系統在公路帶狀地形測量中的應用

以我國某鄉鎮村級公路帶狀地形數據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，向兩側各延伸30m 為測量范圍。工程的起點坐標為：東經108°05′08.6″，北緯29°37′55.5″；終點為：東經108°10′37.9″，北緯29°37′24.9″。被測量公路地處山地地區，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 靜態和全站儀導線相結合的方法，并設置一對四等GPS 控制點，在控制點間布置間距為500m 的導線點；（2）在無人機的航線設計中，測量單位主要設計了6 個飛行架次，按照測量寬度完成航線設計，在航飛平臺上選擇了ZC－2 型，系統為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，布設布標，選擇普通的正方形噴繪。

4.2 空間加密計算和業內測圖

空間加密計算和業內測圖過程為：（1）在空間加密計算過程中，測量單位在選擇數碼相片的坐標時，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，避免其出現較大的誤差，影響實際測量結果。（2）在自動點的控制上，需要保證數量在30 個以上。（3）在絕對定向和區域間的平差計算中，要分成3 個區域進行計算，并做好相關接邊處理工作。（4）內業測圖中，測量單位應結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，本工程誤差是0.4m，中數標記是0.1m。（6）對于測量范圍內較為獨立的地物、架空管線以及各級道路，都需要進行相應的測繪，對于建筑物中的植被和土地要進行明確的區分，以此保證公路的空間加密計算和業內測圖的效果。

4.3 外業調繪和成果精度的檢查

外業調繪從本質上來講指的是按照我國的相關規定，通過打印紙質的地形圖對測量結果進行調繪和修改。為此，（1）測量單位需要對測量過程中的電力線、電纜、電桿以及鐵塔等內容進行調繪，并在實際調繪過程中注意區分高壓線、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的植被類型進行明確的區分，結合農作物的種類進行調繪和修改[3]。

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

5 結語

綜上所述，無人機航測技術在安全性和穩定性方面還存在一定的不足，但是，和我國傳統的測量技術相比具有較多的應用優勢，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用應用無人機航測系統，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。