無人機航拍生成等高線圖在土方平整中的應用

陳才安

摘 要：隨著我國經濟社會的不斷進步與發展，信息技術也步入了一個飛速發展的時代，各項信息技術得到了廣泛應用。其中無人機航拍在越來越多的領域當中發揮著極大的推動作用，象為滿足社會進步與人們日常生活的建筑需求，建筑行業也在積極引入高新技術，場地土方平整是建筑工程施工的重要基礎，可以按照建設設計相關要求對建筑場地的天然地面進行改造，保證施工場地的安全性。該文通過簡要闡述無人機航拍圖生成等高線地形圖的基本流程，并結合地形圖在場地土方平整中的作用，對無人機航拍圖生成等高線地形圖在場地土方平整中的應用進行分析，以期為我國未來場地土方平整效率的不斷提升提供參考依據。

關鍵詞：無人機航拍；等高線地形圖；場地土方平整

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A

等高線指的是在地形圖上具有相同高程，且相鄰的各點連接而成的閉合曲線，目前我國的部分無人機能夠直接通過航拍生成等高線地形圖，象大疆的經緯M600，在無人機下方捆綁上具有專業性能的GPS，并輸入指令，保證其在飛行過程中準確地完成數據采集并通過信號傳輸，將采集的數據導入GM軟件當中，進而生成等高線地形圖。在進行場地土方平整時需要借鑒等高線地形圖來對施工現場的各個點的地形進行判斷，進而更為科學、精準地進行土方平整施工。因此，對無人機航拍圖生成等高線地形圖在場地土方平整中的應用進行分析十分重要。

1 等高線地形圖

1.1 等高線的定義及原理

等高線是在地形圖上將高程相等并且相鄰的各個點連接在一起，形成的一條閉合曲線，并將其垂直投影到一個水平面上，按照一定的比例將投影縮繪到一張圖紙上。換個角度來講，我們也可以將等高線看作是不同海拔高度的水平面與實際地面的交線，海拔將通過在等高線上標注數字的方式來體現。

1.2 等高線的繪制步驟

（1）首先需要對山頂點、鞍部點、山脊點和山谷線等特征點的坡度進行變換點準備，然后采用極坐標法或交會法對圖紙上特征點的平面位置進行測定，同時使用小點來進行測定標記，在此需要強調的是需要在小點旁進行高程數據的標注。

（2）在進行地形特征點的測定之后，切記要在進行等高線的繪制之前完成地性線連接。地性線的連接通常是山脊線以實線進行連接，山谷線用虛線連接，而且要保證測定與繪制同時進行，隨著碎部點的陸續測定，保證隨時能夠連接地性線。

（3）在進行完地性線的連接步驟之后，首先需要在同一坡度的兩相鄰點之間，內插出每整米高程的等高線通過點，進而根據相關特征將相等高程的點連接起來形成等高線。

2 無人機航拍生成等高線地形圖的基本需求

要想通過無人機航拍的方式獲得等高線地形圖，需要滿足以下2個方面的需求：首先是硬件需求，配備具有專業性能的GPS的無人機，同時為防止地形復雜、拍攝時間過長須準備充足電量的電池；其次是軟件需求，目前市場上常見的軟件包括航線規劃軟件、地圖拼接軟件以及等高線地形圖生成軟件。其中大疆發布有iPad地面站DJI GS Pro可直接使用，除此之外在安卓系統上測試了多家公司的軟件，有些是要云處理的，成果需付費。最為常見的是安卓平臺航線規劃軟件Pix4Dcapture，支持根據縱向重疊率，側向重疊率自動規劃航線，任務續接，速度、高度調節，支持精靈全系列；支持航拍圖拼接的軟件很多，大多需要收費或云端處理，按成果收費，象Pix4Dmapper。常見的拼接軟件是Agisoft PhotoScan，在本機處理生成正射影像圖和數字高程模型。同時也得到3D地形圖，可以導出三維地形圖為PDF格式的文件用于展示。坐標系統可設置為80坐標系；針對等高線地形圖生成軟件，市面上GIS軟件有很多，有的軟件硬件配置要求高，有的軟件費用高，根據筆者經驗，可使用GlobalMapper14或GlobalMapper18版等配置要求低、價格便宜的軟件，生成等高線，導出為CAD的DWG格式。

3 無人機航拍生成等高線地形圖在場地土方平整中的具體應用

3.1 等高線地形圖與實際地形的對應關系

（1）當等高線閉合，且等高線數值顯示為中間高四周低時，判定為山頂。

（2）2個山頂之間相對低洼的位置判定為鞍部。

（3）當等高線閉合，且等高線數值顯示為中間低四周高時，判定為盆地。

（4）等高線向海拔低處凸為山脊；相反，等高線向海拔高處凸為山谷。

（5）海拔不同的等高線重合時則判定為陡崖，等高線密集程度與陡緩程度相關，越密集則表示坡越陡。

3.2 利用等高線對各點地形進行判斷的依據

等高線的特性主要有2個方面，首先是針對位于同一等高線上的地面點，其海拔高度顯示為同一數據；其次是在同一張等高線地形圖內，不同高程的等高線呈現相交狀態只可能是懸崖地形。在此需要強調的是，當在等高線上使用數字標注的形式來表現實際地形海拔高度時，可以按照作用的差異來將等高線分為首曲線、計曲線、間曲線與助曲線這4種基本類型。下面對這4種等高線進行詳細介紹：

（1）首曲線（基本等高線）：按規定以細實線的形式來進行等高距測繪，保證能夠對地貌的基本形態進行準確反映。

（2）計曲線（加粗等高線）：以明確規定的高程起算面為基準，為了便于進行高程的判讀和計算，需要我們每隔5個等高距將首曲線加粗為一條粗實線。

（3）間曲線（半距等高線）：為了更好地體現首曲線不能顯示的某段微型地貌，需要按1/2等高距描繪的細長虛線。

（4）助曲線（輔助等高線）：間曲線和助曲線只用于顯示局部地區的地貌，因此除顯示山頂和凹地各自閉合外，其他一般都不閉合。

3.3 等高線圖在場地土方平整中的應用

由于在進行施工現場的場地土方平整時需要對全場地形進行改變，通常通過挖和填的方式，但挖和填的地形具有較強的不規則性，據調查結果顯示，我國現階段的建筑施工企業普遍使用方格網方法將其分塊進行計算并解決。在實際開展場地土方平整之前，我們需要做好諸多準備工作，象清除場地內所有地上、地下障礙物一級地面積水等。在進行場地設計標高時需要遵循一下幾個原則：

（1）以總平面設計的要求為基準，與實際施工過程中場外工程設施的標高相協調，進而對挖填平衡進行考慮，采取以挖作填的方式。

（2）當出現挖方少于填方的情況時，我們需要對土方的來源進行考慮；當出現挖方多于填方的情況時，則要考慮棄土堆場。

（3）場地設計標高一定要相對區域最高洪水位有超出的部分，而在嚴寒地區，還需要保證場地的最高地下水位應在土壤凍結深度以下。

4 結語

綜上所述，我國已經實現了由無人機航拍來直接生成等高線地形圖，其相比于傳統的等高線地形圖繪制方式來講，具有更高的準確性和科學依據。將無人機航拍生成的等高線地形圖應用到建筑領域的場地土方平整當中去，可以為相關人員對施工現場的地形判斷，提供更準確和更有說服力的依據，進而保證按照建筑設計進行場地地形改變的質量和效率。但在其發展過程中仍存在一定的限制因素，需要我們不斷加強對該方面的探索和研究，致力于不斷提升無人航拍生成等高線地形圖的準確性和效率。

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