無人機航測技術在高速鐵路站場土石方計量中的應用

陶沈圣 溫楷和 柳楠 徐海龍 盧照孔

摘 要：在高速鐵路站場土石方計量中，傳統測量方式需要耗費大量的人力物力資源，在惡劣的環境下還會增加測量難度，給測量工作人員的生命安全帶來隱患。而無人機航測技術相比傳統的測量方式來看具有明顯的優勢，不受地形環境限制，在短時間內就能對土石采剝量進行快速測量，減少了測量人員的工作量，自動化程度較高。本文就對無人機航測技術在高速鐵路站場土石方計量中的應用展開探討，為鐵路工程建設提供參考思路。

關鍵詞：無人機航測技術;高速鐵路;站場土石方計量;應用

中圖分類號：U215.2 文獻標識碼：A

在高速鐵路工程項目建設過程中，會涉及到土石方計量問題，尤其是在礦山地帶，土地開發整理中，土石方計量對工程項目的經濟效益帶來直接的影響，無人機航測技術比傳統航拍測量方式具有明顯的優勢，靈活度高，操作簡單，且成本較低，現階段已經在各類工程領域中得到應用，有效提高測量效率和測量數據的精準度。以往在高速鐵路站場土石方計量中多采用傳統的測量方法，包括水準儀法，GPS測量等等，但這些測量方式需要由測量人員先對站場現場的地形環境進行逐一測量，工作量大，工期長，在遇到惡劣的環境時還會增加測量人員的安全隱患問題[1]。無人機航測技術是一種全新的測量技術手段，通過現代化技術手段進行工程測繪和數據采集，尤其是在小區域范圍內可以達到影像數據更新的要求，靈活度較高，受環境影響小，減少了人工現場作業，具有較高的現實意義和應用價值。

1 無人機航測技術概述及特點

無人機航測技術是在無人機上放置攝影設備，來對工程數據進行測量和連續拍攝像片，根據地面控制點進行立體測繪和測量，專業人員通過將所獲信息數據進行分析，制作地形圖，智能化程度較高，減少測量人員的工作負擔和工作量。在傳統的測量工作中一般采用大型飛機，空中作業的申請手續繁瑣，航攝影儀體積大，且成本高，隨著近年來無人機的發展，無人機和航空攝影相結合，發展為無人機航測技術，具備高靈活度和適用性廣的特點，對于一些小區域范圍內的數據測量和影像獲取方面優勢較大[2]。在高速鐵路工程項目建設中，階段性勘測工程較多，這類工程的工期時間短，工程規模較小，如采用傳統航測技術具備較大的風險，無人機航測技術可以憑借自身高靈活性的優勢在站場土石方計量中應用的重要性更加突出。

在無人機航測技術應用時，只需要控制者及時查看攝影攝像即可，而且無人機操作簡單，機身較小，可以很好的適應風向變化，可以減少設備震動問題，避免在數據采集時圖像誤差較大。在測量前只需要將無人機的飛行路線進行提前設定，根據實際測量再及時修正，無人機系統就可以自動處理，操作簡單[3]。在實際測量中，無人機航測技術的精準度也比較高，影像質量好，可以采用低空遙感模式來對地理信息進行勘測，精準采集低空數據，信息采集效率高。而且無人機的飛行周期比較短，可以在短時間內就可以完成數據的采集，采集難度小，在無人機程序操作時控制人員可以很快掌握操作方法，提高測量效率。

2 無人機航測技術在高速鐵路站場土石方計量中的應用

2.1 飛行方案設計

某高鐵試驗基地建設線路長度約為16公里，丘陵地貌，該測區附近無民用機場，具有良好的無人機作業空域環境。測區的設計里程為16公里，長度較短，規模約為7平方公里，根據項目計劃書在測量前先確定測量范圍，影像重疊率和攝影地面分辨率，對無人機系統的航線長度、航線數目和飛行高度等進行明確，在設置航線時應盡量和條帶狀測區保持平衡，在測區設置控制點，和攝區邊界線保持平行，航線要超過攝區邊界線范圍[4]。

2.2 數據采集

在站場土石方采剝量計算時用無人機對開挖前和開挖后兩期數據進行采集，采用無人機低空攝影的方式進行影像數據采集，在確定測區范圍后對測區現場進行勘探，根據規定要求在測區四周布設控點，在像控坐標采集之前校正測區的基礎控制點，減少測區誤差。在對不同區域測點進行測量時，要保證后期數據采集的精準度，需要進行分塊采集。如測區存在高原，山谷等地形時，需要對其進行合理的規劃，確保嚴格定點，減少因地形問題導致數據采集的結果存在誤差，采用高清攝像頭保證航拍清晰度，可以采用手動或自動方式明確采集點，提高定點測量專業性[5]。而且在數據采集時應盡量選擇晴朗天氣，如遇雷電或沙塵暴天氣，會影響到無人機工作和數據測量的準確度。

2.3 數據處理

在數據采集完成之后，對航測數據進行處理，將拍攝的影像數據導入到photoscan軟件，檢查航點位置是否漏片，如有則需要對該區域重疊度進行重新計算，如果低于重疊度要求，則需要對該區域的數據影像進行再次測量。根據航拍作業記錄，檢查影像的成像質量，是否有過暗或者過亮的情況，可以適度采用軟件對其進行勻光勻色處理，確保成像質量平衡。在外業數據測量中，先根據航攝控制點內業布設方案選定測量地物特征點，通過GPS技術對外業三維坐標進行觀測。無人機航測作業是低空航拍，影像重疊率高，影像像幅小，基線短，在外業控制點布置時要高于傳統航拍測量的控制點數量[6]。在測區地物要素調繪時采用數字化調繪模式，對測區道路、植被和電線桿等進行調查和測繪，用Arcgis軟件將拍攝影像轉呈切片底圖文件，打包呈離線地圖包，在移動設備上讀取底圖數據，再將離線地圖包文件導入到調繪軟件中，根據一定的比例尺和調繪標準來對測區調繪，在調繪作業完成后，導出文件轉換為dwg格式，轉換成對應坐標系統。

2.4 土方量計算

在土石方計量測算中需要保證計算結果的精準度，采用PI*4D mapper軟件進行自動化處理，生成數字表面模型，數據處理的流程包括：獲取原始數據<建立測區，導入數據和照片<根據要求填寫參數<進行一鍵式自動處理<生成DOM/DEM<輸出數據。將裁剪后正攝影像和點云數據疊加，減去測區植被和非地面點的測量數據。

3 結語

綜上所述，在高鐵站場土石方計量中，無人機航測技術比傳統航拍測量方式具有明顯的優勢，靈活度高，操作簡單，且成本較低，現階段已經在各類工程領域中得到應用，有效提高測量效率和測量數據的精準度。在站場土石方的測量過程中要充分考慮無人機航測技術特點，確保操作準確以及數據采集的精準度，在高速鐵路工程項目建設中，只需控制者及時查看攝影攝像即可，而且無人機操作簡單，機身較小，可以很好的適應風向變化，可以減少設備震動問題，避免在數據采集時圖像誤差較大，采用無人機低空攝影的方式進行影像數據采集，在確定測區范圍后對測區現場進行勘探，根據規定要求在測區四周布設控點，在像控坐標采集之前校正測區的基礎控制點，減少測區誤差。無人機航測技術的精準度也比較高，影像質量好，可以采用低空遙感模式來對地理信息進行勘測，精準采集低空數據，信息采集效率高，具有較高的應用價值。

參考文獻：

[1]趙明哲，王薇娜.無人機航空攝影測量技術在地形圖測繪中的應用[J].工程技術研究，2020，5（20）：250-251.

[2]李衛軍，楊靜.無人機攝影測量在礦山土石方采剝量計算中的應用[J].北京測繪，2020，34（10）：1404-1407.

[3]解文武.無人機航空攝影測量在地形復雜地區勘測定界中的應用[J].北京測繪，2020，34（10）：1408-1411.

[4]祖琪.探析無人機遙感技術在測繪工程測量中的應用[J].工程建設與設計，2020（01）：188-189+195.

[5]邱立廣.無人機航測技術在礦山大比例尺地形圖測量中的應用[J].世界有色金屬，2019（24）：24+26.

[6]鄒弟金.無人機航測技術在礦山大比例尺地形圖測量中的應用[J].世界有色金屬，2019（17）：25+27.