無人機航測在高速公路建設中的應用

趙 青 巖

(山西路橋建設集團陽蟒高速公路有限責任公司,山西 太原 030000)

陽蟒高速公路位于太行山、中條山的銜接處，區內地形地貌復雜，溝壑縱橫，橋隧比例高達56%，采用傳統方法進行地面精確測繪工作任務繁重，困難較大，周期較長。通過采用無人機航測技術，節約了時間，降低了費用，取得了良好的效果。

1 無人機航測的概念

無人機航測一般使用固定翼無人機，具有機動靈活、高效快速、精細準確、作業成本低、適用范圍廣、生產周期短等特點，在小區域和飛行困難地區高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優勢，系統攜帶的數碼相機、數字彩色航攝相機等設備可快速獲取地表信息，獲取超高分辨率數字影像和高精度定位數據，生成DEM、三維正射影像圖、三維景觀模型、三維地表模型等二維、三維可視化數據，便于進行各類環境下應用系統的開發和應用。通過大規模信息處理系統數據處理能夠為各類用戶提供高質量的定制數據處理服務，可提供4D產品(DOM,DLG,DEM,DRG)服務。無人機與航空攝影測量相結合使得“無人機數字低空遙感”成為航空遙感領域的一個嶄新發展方向，是傳統航空攝影測量手段的有力補充?？蓮V泛應用于國家重大工程建設、災害應急與處理、國土監察、資源開發、基礎測繪、土地資源調查監測、土地利用動態監測、數字城市建設和應急救災測繪數據獲取等方面。

2 無人機航測工作流程

首先依據初步設計的路線走向，制作路線走向的KML文件(備注：KML是開放地理空間聯盟維護的國際標準?？捎糜谠诘厍驗g覽器、Google地球、Google地圖和谷歌手機地圖中顯示地理數據和瀏覽線路走向)。KML文件制作完成后，無人機航測系統依據線路走向KML文件進行飛行測量，其工作流程如下。

2.1 無人機航拍服務的業務流程

區域確定(確定航拍區域矩形四角84坐標)；現場勘察(飛行空域、起降場地、空中管制)；航線規劃(飛行航線、作業高度、飛行架次)；任務載荷設定(數碼影像、膠片、視頻、監控)；簽訂合同(預付款、作業約定、驗收標準)；執行飛行(飛行器運輸、飛行作業、安全保障)；確驗效果(成片數量、航攝范圍、圖像質量)；后期制作(糾偏、拼圖、配準、剪輯、輸出)。

2.2 航測過程中的關鍵注意事項

2.2.1航測任務規劃

由于陽蟒高速公路沿線地形起伏較大，而我們的航測要求成圖比例尺為1∶500，為了滿足航測精度，同時避免發生無人機撞山事故，根據地形起伏情況和預定飛行高度，我們將全線劃分為三個段落，K0+000～K17+200段相對高差約為100 m，劃分為一個架次，K17+200～K31+000段相對高差約為200 m，劃分為一個架次，K31+000～K39+093段相對高差約為500 m，劃分為一個架次。

2.2.2航測系統硬件選擇

陽蟒高速公路沿線自然植被豐富，森林覆蓋率達65%以上，為了確保飛行安全，我們選擇了上海華測P700E翔宇系列無人機，P700E為電動固定翼無人機系統，采用軍工一體化生產技術，上單翼V尾布局，使用雙發電動引擎，有效載荷大，續航時間長，彈射起飛，開傘降落，單架次作業面積可達35 km2,即使發生墜落事故，由于其開傘降落的方式，不會發生人員財產損失和火災，其具體參數見表1。

表1 航測無人機P700E技術參數

選擇好航測設備后，還需要整個系統協同工作，我們采用的低空無人飛行器的測繪遙感系統由任務設備系統、地面導控軟件、數據處理系統組成。

任務設備就是根據現場環境條件和航測要求選擇的飛行器和航測相機型號；地面導控軟件則負責提供與空中載具雙向通訊完整的人機溝通界面，包含飛行影像與資料的即時顯示、各種飛行機載控制命令上傳、任務規劃(MissionPlan)、飛行控制(FlightControl)及歸航(PlayBack)等3項涵蓋飛行前、中、后的操作功能。數據處理系統整合GoogleEarth，具體產品包括：Pips空三云軟件、Pips測圖云軟件、Pips正射影像云軟件、Pips并行云管理器軟件、影像預處理、勻光勻色、單片正攝、生成DEM等。可提供詳細衛星地圖及地形地貌，且包含道路、橋梁、建筑物、河流、山區等各式資訊。

2.2.3航測成果的具體技術要求

我們提出的具體技術要求涵蓋了設備硬件、飛行條件、精度要求，以及國家有關標準。航測圖幅比例要求為1∶500比例尺的地形圖；采用華測P700E飛機掛載NikonD810相機；相對飛行高度：250 m；測區大小要求約0.4個平方公里重疊：航內85%，航間65%；實際坐標為：WGS84坐標；精度控制要求為像控點個數10個，像控點間距為測區外圍最大控制點間距間隔500 m。

質量要求為所獲取影像為真彩色數字影像，航片色彩均衡一致，影像明亮度、飽和度、對比度良好；按5 cm地面分辨率進行技術設計；航線按圖廓中心線敷設，像對之間幾何無縫接邊、自然，航向、旁向重疊度滿足要求；圖幅之間的幾何接邊、灰度接邊要基本保持一致；航片傾角不大于5°，最大不超過12°，數碼相機旋偏角不大于15°；數據格式滿足要求。

3 航測應用的經濟技術優勢

3.1 保留原地貌高清影像，避免搶栽搶種，利于優化設計

1∶500的高清彩色正射影像圖清晰反映了路線沿線的地面附著物情況，施工圖設計完成批復后，我們及時發出通告，廣而告之，有效避免了搶栽搶種等違規現象。應用無人機航測成果可以與原設計單位提供的全野外數字化地形測繪成果進行相互校核，便于進一步優化設計。

3.2 精確進行工程量計算復核

清表完成后，無人機搭載激光雷達掃描設備，對全線進行航測，即可生成點云數據，將沿線500 m幅寬內原地貌數字化，該數字化的地面模型，可進行挖填方土石方工程量的精確測定，迅速準確。

3.3 節約了測繪時間

傳統航測手段無法獲得彩色高清地圖，且審批困難，周期在3個月以上。我們采用無人機航測方案，僅用2 d時間就完成了長40 km，寬度為1 000 m的帶狀高清彩色地圖測繪任務，且審批手續簡便，不受航空管制影響。

3.4 節約了測繪費用

采用傳統航測方法，需要費用近200萬元，采用無人機航測方法費用僅20萬元左右。

4 結語

航測是傳統地面測繪的有力補充，在陽蟒高速公路建設中取得了一些成功的應用，但是在公路工程施工過程中由于存在大量的隱蔽工程、水下工程或者被樹木遮蓋區域，所以傳統的實地勘察工作仍然是必要的。

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