無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)在公路帶狀地形測(cè)量中的應(yīng)用

張海明

【摘 要】隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，相應(yīng)的測(cè)量技術(shù)在一定程度上也得到了提高，在公路帶狀地形測(cè)量中，采用無人機(jī)航測(cè)不僅能夠克服地理環(huán)境所帶來的限制，同時(shí)具有精度高，便于識(shí)別等優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)；公路帶狀地形；測(cè)量

前言

當(dāng)前，在公路帶狀地形測(cè)繪中所采用的方法主要有GNSS RTK測(cè)繪法、全站儀測(cè)繪法和傳統(tǒng)的航空測(cè)繪法。其中，GNSS RTK測(cè)繪法和全站儀測(cè)繪法所需的人力物力都比較多，且測(cè)量難度上也比較大，對(duì)一些建筑密集的地帶無法精確測(cè)量。而傳統(tǒng)的航空測(cè)量受到天氣的影響較大，并且成本費(fèi)用高、拍攝周期長(zhǎng)等缺陷限制了其發(fā)展。近年來，隨著無人機(jī)低空航攝技術(shù)的發(fā)展，以其低成本、易操作、適用于危險(xiǎn)區(qū)測(cè)繪和快速檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)，在相關(guān)測(cè)繪領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。

一、無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)概述

無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)言之就是利用當(dāng)前先進(jìn)的低空無人機(jī)技術(shù)，通過與通信技術(shù)、GNSS定位技術(shù)和攝影測(cè)繪技術(shù)三者的結(jié)合所形成的一種自動(dòng)化技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于測(cè)量土地、資源和環(huán)境等信息的提取工作，通過信息化處理和建模等形式進(jìn)一步分析運(yùn)用到生產(chǎn)和生活領(lǐng)域，為用戶提供方便。就無人機(jī)航測(cè)在公路地帶測(cè)繪中的應(yīng)用現(xiàn)狀而言，其航測(cè)優(yōu)勢(shì)較為明顯。通過無人機(jī)航測(cè)能夠提高測(cè)量的精準(zhǔn)度，進(jìn)而縮短測(cè)量所用的時(shí)間，節(jié)省了人力物力的投入，節(jié)省拍攝成本。當(dāng)前無人機(jī)航測(cè)精度提高，主要集中在拍攝像素和飛行技巧兩個(gè)方面，然后通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧夏Ｐ退憩F(xiàn)出的地形外在特征，從而精確分析公路帶狀地形的準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果，提高結(jié)果的可信度。

二、無人機(jī)航測(cè)基本流程

在具體的測(cè)繪流程中主要可分為六個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)、航空拍攝、控制點(diǎn)測(cè)量、空三加密、業(yè)內(nèi)的測(cè)圖和整理資料。具體可細(xì)分為14個(gè)具體環(huán)節(jié)：①接受任務(wù)；②項(xiàng)目設(shè)計(jì)；③控制測(cè)量和布景標(biāo)志；④加密像控和無人機(jī)航拍；⑤空三加密；⑥業(yè)內(nèi)測(cè)圖；⑦高程的標(biāo)記測(cè)量和外業(yè)的測(cè)繪補(bǔ)測(cè)；⑧業(yè)內(nèi)編輯；⑨過程檢測(cè)；⑩回放檢查；這一明確的可操作的測(cè)量流程，能夠提高計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)軟件對(duì)圖像進(jìn)行精度提升，促進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化處理。

三、無人機(jī)航測(cè)在公路帶狀地形測(cè)繪中的應(yīng)用

以某鄉(xiāng)鎮(zhèn)村公路帶狀地形數(shù)據(jù)采集為例，該公路全長(zhǎng)20.445km，以1：1000線路中線為基礎(chǔ)，向兩側(cè)各30m拓展。在線路的地點(diǎn)位置起點(diǎn)：東經(jīng)108°05′08.6″，北緯29°37′55.5″，終點(diǎn)為東經(jīng)108°10′'37.9″，北緯29°37′24.9″。該路整段為山地地形，且最高海拔為1617m，最低海拔為1088 m。公路地帶形勢(shì)復(fù)雜，地物較多，植被方面主要有水田、旱地、灌木和煙葉等。在沿線地帶交通不太便利，在通視環(huán)境下情況相對(duì)比較差。

（一）控制測(cè)量和無人機(jī)的航空攝影

線路控制測(cè)量上，選擇以GNSS靜態(tài)與全站儀導(dǎo)線相結(jié)合的方式開展。通過沿路5km布設(shè)一對(duì)四等的GPS控制點(diǎn)，之間加上間距500m的一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)，布設(shè)出四等高程導(dǎo)線。在航線設(shè)計(jì)上，6個(gè)飛行架次，依據(jù)測(cè)量寬度設(shè)計(jì)航線。其航飛平臺(tái)主要為ZC-2，系統(tǒng)為YS09，在相機(jī)的焦距為35.52mm單反相機(jī)。航拍的氣候條件選擇最佳的航攝時(shí)間。通過橫向的覆蓋區(qū)域加上20%的寬度，向外延伸兩條基線，分辨率為0.12m。在相片的控制點(diǎn)上以規(guī)格1.5m的方形噴繪制作控制點(diǎn)標(biāo)志，設(shè)計(jì)黑白相間的三角符號(hào)標(biāo)志。在相片的控制點(diǎn)上，隨著地形復(fù)雜的環(huán)境下，設(shè)置線路中線的周邊測(cè)控，布設(shè)布標(biāo)，準(zhǔn)確進(jìn)行后期系統(tǒng)，選擇普通的正方形噴繪。在測(cè)繪的控制點(diǎn)上，以GNSS靜態(tài)測(cè)量和全站儀作為導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)量。通過測(cè)量相片的控制點(diǎn)使得在測(cè)量上得到有效的提高，增強(qiáng)控制點(diǎn)的精度。

（二）空間加密計(jì)算和業(yè)內(nèi)測(cè)圖

在空間加密計(jì)算上，數(shù)碼相片的坐標(biāo)殘差滿足要求，同時(shí)用邊框進(jìn)行定向計(jì)算，在坐標(biāo)時(shí)注重相點(diǎn)上的內(nèi)測(cè)坐標(biāo)，不能忽略主點(diǎn)的位置和系統(tǒng)的誤差，通過自檢的校平差消除大氣的折光和誤差。在相對(duì)定向的校平上，要進(jìn)一步對(duì)連接點(diǎn)上做好均勻連接；在自動(dòng)點(diǎn)上，數(shù)量上一般需要30個(gè)以上。

在絕對(duì)定向和區(qū)域間的平差計(jì)算上，主要分為3個(gè)區(qū)域進(jìn)行，并做好接邊處理工作。在業(yè)內(nèi)測(cè)圖上，主要采用的是全野外刺點(diǎn)測(cè)圖。通過對(duì)不符合的現(xiàn)狀地物進(jìn)行野外補(bǔ)測(cè)，進(jìn)一步用測(cè)標(biāo)進(jìn)行模型上的描繪。當(dāng)相鄰的曲線間距小于5mm時(shí)，進(jìn)行首曲線插繪方式。有植被被覆蓋時(shí)，通過植被高度進(jìn)行改正。在野外的高程點(diǎn)和立體的模型中，主要對(duì)樹木的密集和隱蔽的地方，對(duì)高程點(diǎn)讀兩次，讀差為0.4m，中數(shù)標(biāo)記為0.1m。在高程標(biāo)記點(diǎn)的地物和地性設(shè)計(jì)上，往往按照每平方厘米13個(gè)進(jìn)行標(biāo)記，當(dāng)然，高程變度較大的地方需要特別增設(shè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。同時(shí)測(cè)圖范圍內(nèi)的獨(dú)立地物、架空管線和各級(jí)道路均需要準(zhǔn)確測(cè)繪。建筑物中的植被、土地需要做出明確的區(qū)分，例如，用材林和經(jīng)濟(jì)林的區(qū)分；旱田、水田以及蔬菜果園等明顯標(biāo)注。注意圖中的村鎮(zhèn)、河流、大山、公路和管線等進(jìn)行清晰的標(biāo)注。最終運(yùn)用CASS軟件系統(tǒng)將矢量的地形圖片轉(zhuǎn)換為格式地形圖。

（三）外業(yè)調(diào)繪和成果精度的檢查

外業(yè)調(diào)繪即按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定，通過打印紙質(zhì)的地形圖紙進(jìn)行調(diào)繪和修改。在以下幾個(gè)方面注重成果精度的檢查：首先，電力線、電纜、電桿和鐵塔等要逐桿調(diào)繪，明確區(qū)分好高壓、低壓等線路，注重光纜、通信線路以及電壓值等線數(shù)標(biāo)記，明確線路走向；其次，對(duì)測(cè)區(qū)的公路等級(jí)、路面狀況和寬度進(jìn)行實(shí)地的位置調(diào)繪；最后，需要對(duì)于測(cè)繪區(qū)的耕地以及植被類型做好明確的區(qū)分，按照農(nóng)作物的不同進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)繪處理。通過對(duì)不同地物點(diǎn)、地形點(diǎn)的精度上的統(tǒng)計(jì)，注重物點(diǎn)點(diǎn)位的誤差處理，進(jìn)一步滿足公路的勘測(cè)規(guī)范與線路設(shè)計(jì)的地形測(cè)圖要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

無人機(jī)航測(cè)實(shí)現(xiàn)了在公路測(cè)繪中的速度和精準(zhǔn)度，為測(cè)繪地形圖提供更加精確詳細(xì)的數(shù)據(jù)，節(jié)省了人力物力資源，減少了工程的開支，滿足了當(dāng)前帶狀公路地形測(cè)量的技術(shù)要求，并為相關(guān)的公路建設(shè)測(cè)圖項(xiàng)目提供了較為詳細(xì)的解決方案。

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