無人機攝影測量技術在公路工程勘測中的應用

王力偉 陳天幸

摘 要：目前，我國主要應用無人機航測技術與數字航空攝影相結合的方式進行測繪，作為航空攝影領域一個新的發展趨勢，無人機航測技術相對于傳統的測繪技術，在獲取遙感數據和影像資料的方面，比以往的以衛星、大飛機、人工全站儀等設備更具有機動性、靈活性等優點。而在實際工作中為了確保公路質量，構建完善的輔助設施，施工單位在勘測與選線環節對于施工區域影像資料的分辨率有著極高的要求，以影像資料為基礎，開展三維模型的搭建，無人機攝影測量技術為公路勘測以及選線決策工作能提高強有力的提供數據支持。

關鍵詞：無人機;攝影測量技術;公路工程勘測;應用

1 無人機攝影測量技術在公路工程勘測中的優勢

1.1 受天氣和場地影響小、安全性

一方面對于無人機基本上不存在空域限制的問題，無人機在不下雨且風力不至于過大的情況下就能順利起飛進行測量工作，同時不需要專業跑道，只需用普通的平地即可開始工作。另一方面無人機測量具有較高的安全性，在氣候惡劣的環境下以及各種復雜地形的狀況下都能夠避免對駕駛員的傷害，因此，無人機測量技術可以應對風險較高的任務，同時讓更少的人員參與到危險的測量當中，保證工作人員的人身安全。

1.2 快速高效

利用無人機攝影測量技術可以非?？焖俑咝У墨@得所需的測繪影像， 而且其所使用的設備簡單，在條件簡陋的情況之下，民用的單反相機也可用在攝影測量之上。

1.3 機動靈活且運行成本低

在公路工程勘測工作中，無人機測量所占用體積非常之小，并且其操作較為簡單為靈活，同時由于無人機的體積較小的原因，使得其在起飛和降落時并需要專門設置的跑道進行配合，且便于存儲和攜帶。因此，使得其的使用更加的方便、靈活，同時減少運行的成本[1]。

2 無人機攝影測量技術的應用解析

2.1 無人機攝影測量技術概述

顧名思義，無人機攝影測量技術是一種使用無人機設備進行空中定點攝影，進而實現工程現場數據勘測和地質地理特征測繪的一種技術。無人機從機場起飛，控制室里的操作人員通過遙測遙感技術進行遠程操控，指揮無人機飛抵目標區域上空完成地質地理數據采集任務，并回傳給遠程控制室進行數據整理和分析。

2.2 無人機的系統構成及分類

無論形態大小和功能異同，所有的無人機系統均由以下四個硬件子系統組成：遠程遙感-控制系統、機上飛行控制系統、遠程控制系統（中心），信號收發系統。遠程遙感-控制系統和遠程控制系統（中心）用以實現無人機的遠程遙控，機上飛行控制系統用于解析遠程遙控人員的飛行指令并予以實施，信號收發系統則用于即時數據的傳輸。除了以上的硬件設備，無人機還有相應的軟件組成部分，以完成無人機飛控信號的處理并實現遠程通信和遙測功能[2]。

無人機按照有效載荷區分又可以分為以下四種類型：重型無人機、中型無人機、輕型無人機和超輕型無人機。重型無人機的有效載荷最大， 可以裝載更大容量的電池和更大的地質數據測量設備。更大的電池意味著更遠的飛行半徑，更長時間的續航，同時可以搭載更多或者更為精密的設備，完成數據的全面、高精度測量和收集工作。但重型無人機由于價格最為昂貴所以應用并不十分廣泛。中型無人機的有效載荷雖然比重型無人機的略低，但已經能夠滿足絕大部分公路工程勘測的使用需求，加之中型無人機的飛行狀態和云臺工作狀態都較為穩定，所以一直以來都是公路工程勘測工作的首選機型。輕型無人機則由于整機的整備質量較小，在飛行過程中容易受到空氣紊流的干擾，導致無人機飛行姿態控制的困難以及云臺工作穩定性的欠缺，嚴重時甚至會影響測量數據的精度，但憑借其低廉的價格，也得到了不少對測量數據精度要求不是很嚴格的勘測工程的青睞。超輕型無人機擁有最低的有效載荷和最小最靈活的無人機機體，雖然測量數據精度不高，采集的圖樣清晰度也較低，但因其較低的起降場地需求和靈活多變的使用場景，仍然成為了小型公路勘測工程的首選[3]。

2.3 無人機的攝影測量技術解析

無人機的攝影測量技術按照技術迭代和發展階段可以分為模擬信號解析和數字信號解析兩種形式。模擬信號解析起源較早，根據攝影采集的現場圖片通過可見光的形式，由數據分析人員手工進行GPS數值定位和地質地理特征繪制，不僅工程效率低下，而且通過人工界定的方式容易造成測量數據產生較大程度的偏差，嚴重影響勘測工程質量，因此，現在模擬信號解析技術已逐步被工程勘測行業所淘汰。而一九九二年在國際攝影測量大會上出現的數字攝影測量處理系統，直接把無人機的攝影測量技術從落后的模擬時代提升到了數字化時代。數字信號解析技術通過專用圖像識別軟件，對無人機采集的帶有GPS陣列信息的圖片，經過圖片降噪、邊緣抗鋸齒和圖像增強等技術，對圖片進行預處理，而后通過圖像識別軟件提取地質地理關鍵圖形或像素，最后使用軟件拼接形成數字化正射投影圖像數據。

3 無人機攝影測量技術測量流程及方法

3.1 布設像控點位

首先以連續運行衛星定位參考站提供的參數信息為依據，然后將其做適當轉化，使之轉變為相匹配的坐標系數據，并利用電子刺點在坐標系中標示出像控點位，最后借助無人機到現場實地勘測，將拍攝獲得的數據信息以表格的形式記錄，從而為后續數據轉化奠定基礎。

3.2 校對相機

根據相機的功能特征，應用空間后方交會的方法，對布設像控點位的實際坐標信息進行提取，并以此作為觀測到的數據值。

3.3 開始攝影測量

開始攝影測量后，主要依據當前測繪行業內執行的技術規范，將地面分辨率指標作為參照。首先，對無人機的飛行路線、飛行速度、飛行高程等進行設置;其次，根據無人機拍攝到的航測圖展開實際分析，結合現場勘測區域的地形環境;最后，對攝影曝光間隔、攝影角度等進行設置，從而有效保證無人機攝影拍攝的有效性[1]。

3.4 生成正射影像

無人機在完成三角測量后，根據對應的數字高程模型，生成與之相匹配的正射影像。通過無人機三角測量中不同位置拍攝所獲得的數據信息， 形成多個同名位點，借助獲取的數據信息，將其融入對應的處理軟件中， 從而能夠順利構建出所需要的數字高程模型，生成正射影像。

3.5 制作模型

根據得到的高程模型對無人機勘測到的數據信息進行精確闡述，以便對現實場景進行精準的三維化處理，使最終構建模型能夠清楚反映現場地形條件。利用映射的方式將正射影像數據信息傳導至高程模型的透視表面，然后通過對應的計算機軟件對所獲取的各種空間數據進行整合處理， 能夠獲得更為準確可靠的數據信息，從而為后期工程項目施工建設提供參考依據[2]。

4 結束語

綜上所述，隨著我國公路工程勘測技術的日益發展，無人機智能攝影測量技術憑借自身高時效、高精度、高機動性和低使用需求等優點，成為了現今公路工程勘測工作實施方案的一個重要補充。牢牢把握無人機攝影測量技術的應用核心和關鍵點，落實無人機攝影測量的應用策略，必將為廣大施工技術人員高效完成公路工程勘測工作提供強有力的保障。

參考文獻：

[1] 徐海鋒.無人機攝影測量技術在公路工程勘測中的應用[J].中國新技術新產品，2020，（7）：22-23.

[2] 何輝.無人機航空攝影測量技術在水利工程中的運用思考[J].工程建設與設計，2020，（2）：259-260.

[3] 劉銘揚，李紅梅，孫煒.傾斜攝影測量技術在高海拔公路測量中的應用[J].路基工程，2020，（3）：192-196.