無人機航測技術在工程測量的應用

周文

（中鐵十二局集團國際工程有限公司，天津 300308）

近年來，無人機市場快速發展。2015—2020年，我國民用無人機市場整體規模從24億元增長到361億元，年復合增長率為72%。按照用途劃分，主要分為軍用和民用，其中，民用無人機細化為工業級無人機與消費級無人機。消費級無人機市場的快速爆發，促使無人機的影響力不斷提高。目前，民用無人機的應用范圍包括勘探、城市、水利監測以及物流等領域，發揮著重要的作用。采用無人機航測技術，為國土資源開發利用和保護、工程建設管理等提供支持，可獲得積極的效益，助力管理工作的高效化開展和落實。

1 無人機航測技術的應用特點

無人機航測技術的應用，主要是采用電子計算機，運用攝影相片量測與解析計算方法的交會，分析被攝物體的形狀和大小及位置，研究相互關系，并且生成測量數據。自從無人機航測技術的研發和應用，徹底顛覆傳統測量，克服了只能實現對監測點垂直檢測的問題。實際應用中不需要接觸到物體本身，便能夠獲得相關信息，構建三維立體模型，并且提取物體的幾何和物理特性，滿足測量作業的需求。對于測量環境復雜的區域，例如道路設施不完善或者山溝等，采用傳統技術無法進行作業的，采用無人機航測技術手段，能夠高效完成測量作業，并且可以保證測量結果的準確性。

采取的無人機航測技術，具有以下特點：①外業工作量小且生產效率高。傳統的測量作業，需配置大量的人力資源，但測量范圍依舊有限，使用無人機航測技術，能夠妥善解決傳統測量問題，1臺無人機相當于10～20個人的工作效率。除此之外，有效減少野外作業的時間，轉變了外業作業的模式。一方面，可提高無人機航測的效率，另一方面，能夠保證數據信息的采集和整理的效率，保障測量結果的真實性和完整性。②內業數據三維模型采集具有直觀性，方便進行判讀?；跓o人機航測采集的數據信息，經過內業解算后制作為三維地形模型，并且通過模型上采集點，使得測區的情況可以清晰地呈現，并且可以自動化過濾點的疏密性。③數據精度高且精度比較均勻。采用無人機航測技術，合理控制外業航飛高度以及重疊度，優化地面控制點的設計，借助軟件平差處理，能夠實現測繪區點的空三平差，因此獲得的數據點精度可以達到工程測量的要求，精度相對均勻。④作業靈活，測量成本不高。工程測量作業既需要保障測量的效率和精度，也要控制測量的成本。采用無人機航測技術手段，不僅作業靈活，而且作業成本比較低，獲得的數據信息質量很高，能夠滿足實際需求。

2 無人機航測技術在工程測量的應用實例分析

2.1 案例概述

以某工程項目為例，工程測區的山地特征比較明顯，區域內分布了大量的樹林，高差達到120m，中間被河流分割，人員分布很少，基礎設施不完善，增加了測量作業的難度。與此同時，工程時間緊張，留給前期測量的時間不多。從工程測量實踐分析，為保障測量工作高質量開展和落實，采用了無人機航測技術手段，完成2km2的測區測量作業，繪制了1∶1000地形圖。測量作業中按照技術設計和要求開展，保障地形圖的精度達到要求?，F結合具體實踐，進行全面分析。

2.2 測繪資源的準備

本次工程測量作業，使用的是大疆DJI經緯M600Pro多旋翼無人機，輔助無人機航測工作的開展，可以適應地勢起伏大和盆地測量作業，操作比較靈活方便，對起降場地的要求不高。為實現高效化測量，搭載了HS-300低空激光掃描測圖系統，配置的激光雷達為RIEGLminiVUX-1UAV。無人機航測作業選擇具有操作能力和豐富經驗的人員，輔助工程測量作業的開展。

2.3 設計的航測方案

數據采集。無人機航測作業開展前，需要按照民用無人機使用規范和要求，向所屬空域管轄部門提交申請獲得審批后進行，并且收集測繪區的氣象資料和現有的測量成果。組織現場踏勘作業，明確起飛點，使用航跡線路規劃軟件，開展航線設計，并且明確航攝分區。組織開展外業作業，地面基站需要在啟動機載LiDAR設備航攝作業前30min開展數據采集，按照技術方案將數據采集間隔設置為1s，完成航攝作業后30min關閉接收機，整個過程不可以因為斷電或其他原因造成數據中斷。航測作業搭載的LiDAR設備需要在起飛前及降落后，開展大約5min的靜態觀測，保障數據信息完整記錄。完成數據信息的采集作業后，及時組織開展數據預處理，做好數據采集范圍的檢查，分析是否按照無人機航測設計開展，排查出現漏測的情況，做好航線之間和航攝區間匹配度的檢查，保障無人機航測作業的質量目標實現。圖1為數據采集的技術路線。

內業數據處理?；诒Ｕ蠝y量結果真實性的目的，需要做好內業數據的處理。一方面，保證航攝數據沒有遺漏，另一方面，保證點云精度達到要求。對于采集的數據信息，使用TerroSilid軟件，開展點云數據處理，開展坐標轉換和點云濾波等處理，保證處理的質量，再開展后續工作。采用地面點制作高程注記錄點、等高線以及DEM，保障測繪結果的真實性和準確性。在數據處理方面，完成DOM和分類處理后，獲得點云數據，再采集地物要素，之后將地物地貌和外業調繪數據的合并處理，制作數字線劃圖。無人機航測作業中，內業數據的處理技術路線如圖2所示。

2.4 航測成果的質量分析

工程測量測繪作業中組織開展無人機航測，將飛行高度參數設置為200m，速度設置為9m/s，視場角設置為180°，單條航線幅寬設置為600m。按照工程測量設計方案，組織開展5個架次飛行，完成數據信息的采集，采集了5km2的點云數據。通過數據采集分析，統計點云密度，統計結果為40點/m2，可以達到技術規范和標準，符合1：1000點云密度的要求。本次工程測量測繪作業的開展，嚴格按照無人機航測技術方案和標準，嚴格控制航測實施過程，規范處理點云數據以及航攝影像等，保證測量結果的質量達到要求。對采集的數據信息，做好全面細致檢查，并且對檢核點做好精度評定，根據兩級檢查規定完成內外業檢查，切實保障無人機航測結果的真實性。

點云精度。按照無人機航測技術應用管理要求，對點云的高程精度開展分析，通過對數據信息的分類，實際測量對應高程點，開展對比與誤差統計分析。對于外業高程檢查點，主要采集地類數據，例如草地和灌木林等相關信息，將采集點布置到測量區的各個位置，切實保障測區情況被全面反映，保障測量測繪結果的質量。在測繪區采集523個檢核點，按照質量檢驗檢測的要求，展開對比分析，獲得檢查結果。本次檢查發現了3個點出現了高程差＞1.5m，通過數據分析了解到問題點處于高程突變位置，同時周圍覆蓋了很多茂密的植被，點云數據產生偏差，采取的處理方案是作為粗差點剔除。除此之外，剩余的520個檢核點進行精度分析，獲得精度分析結果，結果如下：①最大值為0.897m。②最小值為-0.973m。③誤差均值為-0.05。④中誤差為0.143m。按照技術要求，采集的點云數據高程中誤差要達到±0.50的精度要求；93.3%的點誤差集中在±0.4m內。根據數據分析結果得知，點云數據質量可以達到技術規范和要求。

地形圖精度分析。無人機航測技術的應用質量控制，還需要做好地形圖精度的分析。本次測量作業的開展，所處的測繪區域環境復雜，精度分析中外業部分采集的特征檢查點總計15個，包括房屋角點和大壩特征點等，開展數據分析，進行地形圖精度的分析，獲得的位置精度結果如下：①比例尺大小為1∶1000。②中誤差結果為0.305m。繪制的地形圖高程精度，除了圖幅高程注記點外，還包括圖幅等高線精度，具體分析時參照點云高程精度開展統計與分析，獲得分析的結果。綜合分析，地形圖的平面精度可以達到技術標準和要求。

DEM精度分析。工程測量實踐中采集的數據信息，完成處理后要進行DEM精度分析，獲得高質量點云數據。本次外業設置了510個地面檢核點，采集高程數據和DEM高程開展對比分析，獲得了統計結果，結果如下：①最大值為1.154m。②最小值為-0.989m。③誤差均值為0.06。④中誤差為0.163m。根據分析的結果判斷，可以達到技術操作的要求，即高程中誤差±0.70m的精度要求，91.7%的點誤差集中在±0.4m范圍內。

3 無人機航測技術在工程測量的應用策略

3.1 設計科學合理的技術方案

無人機航測技術的應用價值實現，需保障技術的應用效果。根據工程測量任務的特點和實際情況，制訂科學合理的技術方案，指導各項工作的開展和落實，達到高效化測量的要求。這需要事前做好全面分析，組織開展測區的情況分析，搜集完整的數據信息，為航測技術方案的編制提供支持。根據測繪的大小和比例尺大小等，確定航測的路線和設備配置方案，形成科學合理的航測方案，指導作業高效化開展和落實，采集高質量的外業數據信息。工程測量作業開展前，認真研究無人機航測技術方案的內容和特點，掌握測繪技術的要點和方法，交代給測繪人員，讓其可以掌握無人機航測技術的流程和控制措施，實現技術的應用價值，切實保障測繪結果的完整性和準確性，指導各項工作高效化開展。需要注意的是，無人機航測技術的合理應用，做好事前的各項工作，包括區域劃分和航線圖設計等，有重要的意義。設計的航線圖，必須標注清楚飛行高度、航向、航線數量，指導作業高效地開展和落實。為實現對測區的全面覆蓋，必須做好控制點的布置，提高航測的精度。這需要注重測區的特征分析，保障控制點與基線的布置科學合理。通過有效把控事前的策劃質量，高質量推進測繪工作。

3.2 強化航測技術要點控制

采用DOM工藝技術。從測量測繪實踐分析，為保障地形圖繪制結果的真實性和準確性，需要做好相片與數據的處理，通過二次加工和裁剪采集，保障數據信息的質量。按照DOM技術應用要求，進行圖像信息的分析，獲得可利用的信息。除此之外，結合實際需求融合圖像信息數據，依據測量數據分析測區的地形，高效處理數據信息[1-2]。

采用三角測量技術。無人機航測技術的應用，輔助測繪測量作業的開展，必須嚴格按照技術規范和要求，做好細節和要點控制，采集完成的數據信息，形成高質量的地形圖，為后續設計和建設工作的開展提供支持。測繪作業的開展，需按照設計的航線完成野外作業，再開展空中三角測量。若采用空中三角測量技術，則要做好具體操作的控制，借助空中加密技術，對測區空地位置進行加密處理，保障攝像的專一性。按照技術標準和需求，嚴格控制加密的距離，有效處理特殊地形，實現高度差的有效控制，防范質量問題的產生。一般來說，平臺區域也可進行空中三角加密處理，運用空中三角測量方法，達到邊緣位置的優化規劃。測量測繪作業中采用空中三角測量方法，做好空中加密點的設置和控制，若遇到測量問題，技術操作人員通過調整像素數據，能夠實現對分析結果的優化。需要注意的是，采用空中三角測量技術，必須結合實際情況和技術規范，制定完善的測量方案，并且做好事前的技術準備工作，優化測量方案。在測量前期準備工作環節，統一數據格式，將影像調整為JPG格式，并且做好相機焦距的調整，優化測量路線。工作人員則要從實際需求出發，借助專業處理軟件進行處理，保障數據信息處理的有效性和準確性，合理設定參數，實現自動定向效果，合理去除多余像點，同時能夠相互交錯編輯連接點。完成測量作業后，及時錄入經過處理達到要求的圖片與數據，優化參數的設置，做好數據的分析，為后續使用提供支持[3-4]。

聯測相片控制點。從無人機航測技術的應用角度分析，必須做好全過程的質量控制。通過聯測相片控制點，科學合理加密控制點，結合實際情況確定控制點，保障測量測繪作業的質量目標得以實現。一般來說，相片控制點影響到攝影成像的準確性，實際測量測繪作業的開展，必須嚴格控制控制點的數量與位置。作為技術人員，則要嚴格控制基準，結合測繪比例精準預估基準控制點，并且按照國家基礎控制點要求，確定具體的平面控制點，實際操作時可借助GPS輔助計算，在水平與垂直交叉點建立控制基準，再使用RTK技術測量相片控制點，切實保障測量測繪的質量。整個過程需要做好嚴格控制，保障數據信息的質量[5-6]。

3.4 聯合其他技術使用

目前來說，很多工程項目中都在積極推廣使用無人機航測技術，結合運用其他信息化手段，例如BIM技術，輔助工程測量和設計以及施工管理，獲得了不錯的成效。從實際應用的角度分析，在測量測繪實踐中采用無人機航測技術，結合利用GPS技術以及GIS技術等，輔助作業的開展，采集高質量的數據信息，能更好地開展相關工作，保障無人機航測技術的應用價值實現。從實際應用的角度分析，需要結合技術需求，合理推廣應用現代化技術，深度挖掘技術的應用價值和優勢，助力工程測量測繪作業的開展[7-8]。

4 結語

綜上所述，無人機航測技術的應用，能夠滿足工程測量作業的需求和要求，輔助測量作業高質量開展和落實，具有推廣應用的價值。從工程測量作業實踐中，為實現無人機航測的價值，需結合工程的實際情況制訂完善的技術方案，指導工程測量作業的開展，做好測量過程的標準化和規范化控制，實現航測技術的應用價值。