公路工程測(cè)量中無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用研究

冀念芬、王成志

（1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025；2.三和數(shù)碼測(cè)繪院，甘肅 天水 741025）

0 引言

我國(guó)現(xiàn)階段針對(duì)公路工程的測(cè)繪涵蓋了多種測(cè)量方法，比如傳統(tǒng)航空測(cè)量法、RTK 測(cè)量法，還有應(yīng)用較多的全站儀測(cè)量法。其中RTK 測(cè)量法、全站儀測(cè)量法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，往往需要耗費(fèi)較多的人力資源和物力支持，若是公路建設(shè)區(qū)域有較多的建筑物、地況復(fù)雜，很難保證測(cè)量工作的精準(zhǔn)性。而傳統(tǒng)航空測(cè)量法由于造價(jià)高、機(jī)動(dòng)性不足，也會(huì)受到天氣因素影響，并不適用所有情況。對(duì)比之下，無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用凸顯出較大優(yōu)勢(shì)，本文對(duì)此展開(kāi)深入分析，希望可以為更多公路工程測(cè)量提供參考，借此推動(dòng)我國(guó)公路工程建設(shè)的良性發(fā)展。

1 無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)概述

近幾年，隨著我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程的持續(xù)發(fā)展，公路工程建設(shè)日益推進(jìn)，項(xiàng)目數(shù)量逐漸增多，而工程測(cè)繪作為其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將其與無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)相融合，有助于進(jìn)一步強(qiáng)化工程測(cè)繪技術(shù)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)建筑領(lǐng)域工程測(cè)量整體水平和質(zhì)量具有重要意義。無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，是利用無(wú)人機(jī)設(shè)備、高清數(shù)碼相機(jī)以及其他遙感設(shè)備等，采集地面信息后利用計(jì)算機(jī)完成制圖。作為一種新型測(cè)繪技術(shù)，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在實(shí)際使用過(guò)程中，不僅成型準(zhǔn)確，同時(shí)，也無(wú)需較長(zhǎng)的拍攝周期便可完成工程測(cè)量，將其應(yīng)用到公路工程施工建設(shè)中極具優(yōu)勢(shì)，整體發(fā)展前景良好[1]。

2 公路工程測(cè)量中無(wú)人機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 滿足復(fù)雜地形測(cè)繪需求

我國(guó)國(guó)土面積遼闊，但地形、地勢(shì)條件以及氣候環(huán)境等情況較為復(fù)雜，再加上部分地區(qū)由于常年受到自然氣候等因素影響，致使很難實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)采集。根據(jù)以往關(guān)于大飛機(jī)航飛的相關(guān)規(guī)定來(lái)看，如航高超出5000m，極易受到云層影響，進(jìn)而直接影響到成圖質(zhì)量，除此之外，也存在一定危險(xiǎn)，尤其是邊境邊防問(wèn)題。而引入無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)后，能夠及時(shí)把控航測(cè)結(jié)果，從而確保測(cè)繪成像質(zhì)量，即便是在任何時(shí)間、空間環(huán)境中，都可以保證圖像質(zhì)量，使得測(cè)繪精度、效果達(dá)到預(yù)期效果。

2.2 實(shí)踐操作簡(jiǎn)單便捷

在公路工程測(cè)量中應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，并沒(méi)有較高的空間環(huán)境要求，由于無(wú)人機(jī)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕便，可以滿足低空飛行需求。與此同時(shí)，無(wú)人機(jī)測(cè)繪過(guò)程中也并不會(huì)受到氣候環(huán)境的影響，通過(guò)飛行空域申請(qǐng)后，便可實(shí)現(xiàn)自由飛行。此外，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)人機(jī)起飛并不需要專業(yè)的場(chǎng)地，即便不是平整路面也可以順利完成起降。根據(jù)無(wú)人機(jī)測(cè)繪實(shí)踐情況看，并沒(méi)有較高的空間環(huán)境、氣象條件要求，只需要根據(jù)公路工程測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，合理設(shè)置測(cè)繪路線即可。

2.3 能夠獲得較為精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)

無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，除了能解決以往復(fù)雜公路測(cè)量問(wèn)題之外，還可以確保公路測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性、精準(zhǔn)性。比如，一些環(huán)境復(fù)雜、偏遠(yuǎn)的山區(qū)，可以借助無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)獲得測(cè)繪資料，合理應(yīng)用航測(cè)[2]。與此同時(shí)，也可以利用GPS 測(cè)繪技術(shù)，準(zhǔn)確獲得區(qū)域內(nèi)標(biāo)志點(diǎn)，進(jìn)而確保航測(cè)技術(shù)精度，保證測(cè)繪質(zhì)量。無(wú)人機(jī)技術(shù)主要就是利用攝影測(cè)量技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等，在較高分辨率數(shù)碼相機(jī)作用下，準(zhǔn)確獲得測(cè)量點(diǎn)實(shí)際情況，而后再分析數(shù)據(jù)，輔助檢測(cè)對(duì)象完成測(cè)量工作。由此可見(jiàn)，在公路工程建設(shè)中應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，從根本上降低了工程測(cè)量測(cè)繪工作難度，有助于全面提升我國(guó)公路整體建設(shè)水平，進(jìn)一步推進(jìn)公路工程經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展。

3 公路工程測(cè)量中無(wú)人機(jī)具體實(shí)操流程

3.1 做好施工前相關(guān)準(zhǔn)備工作

在公路工程測(cè)量施工前，為保證測(cè)量順利進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)做好施工前的準(zhǔn)備工作，一是做好線控點(diǎn)布置，二是校對(duì)檢查好相機(jī)。在實(shí)際航測(cè)施工過(guò)程中，相關(guān)人員需要結(jié)合公路測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理布設(shè)測(cè)控點(diǎn)，保證測(cè)繪相機(jī)設(shè)備功能正常，進(jìn)而滿足后續(xù)測(cè)量測(cè)繪要求。在具體實(shí)踐中，對(duì)于像控點(diǎn)的布設(shè)，需要相關(guān)人員提前明確具體的控制點(diǎn)位，用于輔助后期航測(cè)工作，由此可見(jiàn)，無(wú)人機(jī)像控點(diǎn)的布置具有一定的靈活性，所以，在實(shí)際應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)公路不同地段進(jìn)行分段測(cè)繪，獲取到更加全面的測(cè)繪數(shù)據(jù)，有助于了解地形結(jié)構(gòu)[3]。當(dāng)然，合理、正確的布設(shè)線控點(diǎn)是前提基礎(chǔ)，不然會(huì)直接影響到無(wú)人機(jī)拍攝結(jié)果的準(zhǔn)確性。現(xiàn)階段，根據(jù)我國(guó)無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)發(fā)展應(yīng)用實(shí)踐情況看，仍然需要全面核對(duì)無(wú)人機(jī)線控點(diǎn)布置以及布設(shè)的準(zhǔn)確性。隨著衛(wèi)星定位技術(shù)不斷升級(jí)，若是將該技術(shù)運(yùn)用到像控點(diǎn)布設(shè)工作中，可以在很大程度上提升工作效率，進(jìn)而滿足公路建設(shè)中測(cè)量施工需求，為相人員提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持。

3.2 航測(cè)技術(shù)

針對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，其主要工作原理就是借助無(wú)人機(jī)攝像，獲取較為精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果。在具體應(yīng)用中，首要任務(wù)就是明確公路工程具體的測(cè)繪范圍，然后進(jìn)行全面檢查、核對(duì)，保證航測(cè)可以與精準(zhǔn)、固定的像控點(diǎn)對(duì)應(yīng)，多次調(diào)整后，保證無(wú)人機(jī)航測(cè)獲得的圖像達(dá)到一定清晰度，進(jìn)而獲得較為精準(zhǔn)的航測(cè)數(shù)據(jù)，為后期數(shù)據(jù)的使用提供科學(xué)的參考依據(jù)。根據(jù)公路工程測(cè)量中無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用看，由于相機(jī)精度、像素存在一定差異，所以，對(duì)應(yīng)的測(cè)繪結(jié)果也存在相應(yīng)的差異[4]。因此，應(yīng)當(dāng)在公路工程測(cè)量中不斷加強(qiáng)精細(xì)化管理工作。為了進(jìn)一步提升無(wú)人機(jī)測(cè)繪精度，應(yīng)當(dāng)擇優(yōu)選擇高性能、高精準(zhǔn)性的相機(jī)，確保拍攝獲取的測(cè)量區(qū)域地形、地貌更加清晰、精準(zhǔn)，進(jìn)而為日后公路設(shè)計(jì)、分析工作提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持。需要注意的是，由于不同地區(qū)之間情況的差異，為了防止測(cè)繪獲取的數(shù)據(jù)受到環(huán)境影響，可以進(jìn)行多次航測(cè)，盡量減小環(huán)境方面的影響。

3.3 繪制正射影像圖

無(wú)人機(jī)完成航測(cè)后，會(huì)直接將測(cè)繪到的數(shù)據(jù)上傳，整合成正射影像圖。為便于后續(xù)使用，技術(shù)人員需要使用相應(yīng)的軟件，導(dǎo)入正射影像圖并進(jìn)行處理，完成數(shù)據(jù)修補(bǔ)后，可以將其與無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)得到相應(yīng)的三維控制點(diǎn)。而后相關(guān)工作人員運(yùn)用這些控制點(diǎn)，完成電子數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理，最終生成精準(zhǔn)正射影像圖，為后續(xù)公路施工建設(shè)提供參考依據(jù)[4]。由此可見(jiàn)，必須確保測(cè)繪得到的圖像與實(shí)際環(huán)境符合、準(zhǔn)確有效，才能更好地應(yīng)用到實(shí)際工程建設(shè)中，不然會(huì)直接影響到后續(xù)施工。因此，在應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)過(guò)程中，必須保證圖像的精準(zhǔn)性、有效性，從而保證工程施工建設(shè)的精準(zhǔn)性。

圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)圖

3.4 制作可視化模型

完成上述幾個(gè)環(huán)節(jié)后，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)利用無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)繪制工程測(cè)量區(qū)域的三維圖，構(gòu)建出更加直觀的圖像，借助可視化模型為公路工程施工建設(shè)提供更多的細(xì)節(jié)參考，同時(shí)，也促使施工建設(shè)人員在三維立體化空間中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工問(wèn)題，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，進(jìn)而為后續(xù)施工建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

4 無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在公路工程中的具體應(yīng)用

4.1 空間加密計(jì)算

在公路工程測(cè)量中應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，空間加密計(jì)算，需要注意幾點(diǎn)：

第一，必須保證數(shù)碼相片的坐標(biāo)殘差達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)人員在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中可以采用邊框完成定向計(jì)算。此外，工作人員在校正坐標(biāo)過(guò)程中，必須考慮到相點(diǎn)上的內(nèi)側(cè)坐標(biāo)與主點(diǎn)位置的誤差，若是發(fā)現(xiàn)存在一定的誤差，或者發(fā)生大氣折光，應(yīng)當(dāng)及時(shí)消除，工作人員可以運(yùn)用自檢校平差方法實(shí)現(xiàn)。

第二，而對(duì)于定向校平，工作人員應(yīng)當(dāng)注意把控好各連接點(diǎn)均勻的分布，其中自動(dòng)點(diǎn)的數(shù)量至少為30個(gè)。同時(shí)，在計(jì)算區(qū)域間、絕對(duì)定向平差時(shí)，工作人員可以對(duì)接邊工作進(jìn)行劃分，分為3 個(gè)區(qū)域完成計(jì)算[5]。

第三，公路工程測(cè)量過(guò)程中，對(duì)于野外測(cè)圖部分，一般都是進(jìn)行全野外的刺點(diǎn)測(cè)圖，補(bǔ)測(cè)與現(xiàn)狀地物不相符的部分，并使用測(cè)標(biāo)繪制到模型中。若是曲線之間距離小于5mm，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用首曲線插繪的方法，但對(duì)于具有較多植被的測(cè)量區(qū)域，可以利用植被高度進(jìn)行調(diào)整。

第四，在測(cè)量過(guò)程中，工作人員需要準(zhǔn)確測(cè)繪出測(cè)圖范圍內(nèi)的架空管線、各級(jí)道路、獨(dú)立地物等，同時(shí)，還要準(zhǔn)確劃分出周邊土地、植被、經(jīng)濟(jì)林、用材林區(qū)，此外，還要明確標(biāo)記出水山、旱山、蔬菜果園等區(qū)域，主要目的就是方便日后公路施工建設(shè)。

第五，完成相關(guān)測(cè)量后，工作人員需要對(duì)矢量地形圖進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，并通過(guò)CASS 軟件系統(tǒng)，最終轉(zhuǎn)化為地形圖格式。

4.2 航空攝影及測(cè)控

無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于線路的測(cè)控，需要把控好以下幾點(diǎn)：

首先，為了保證測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，工作人員應(yīng)當(dāng)運(yùn)用全站儀導(dǎo)線和GLASS 靜態(tài)結(jié)合的方式，按照每5km 的路段，布設(shè)一對(duì)四等的GPS 控制點(diǎn)，并在中間間距0.5km 的位置，完成一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)，最終組建成四等高程導(dǎo)線。

其次，為保證無(wú)人機(jī)測(cè)繪有效進(jìn)行，工作人員需要結(jié)合公路工程測(cè)量區(qū)域?qū)嶋H情況合理設(shè)計(jì)航線，其中包含了飛行架次的設(shè)計(jì)，一般情況是4 個(gè)，并依照測(cè)量寬度完成。再次，對(duì)于公路工程測(cè)量施工，應(yīng)當(dāng)考慮到航拍條件，選擇氣候條件好、能見(jiàn)度高的天氣進(jìn)行，保證無(wú)人機(jī)拍攝效果，進(jìn)而提升測(cè)量準(zhǔn)確度。此外，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，需要保證橫向覆蓋區(qū)域加寬到20%[6]，保證外延兩條基線，同時(shí)，合理把控其分辨率在0.12m。而對(duì)于像片控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)，工作人員應(yīng)當(dāng)按照1.5m 的方形圖案繪制控制點(diǎn)標(biāo)志，而后再運(yùn)用三角符號(hào)圖案完成對(duì)應(yīng)的標(biāo)記，為了讓控制點(diǎn)更加醒目，設(shè)計(jì)人員可以采用黑白相間顏色噴繪，保證布設(shè)在像片控制點(diǎn)位置。

最后，如果公路工程測(cè)量區(qū)域?qū)?yīng)的地形環(huán)境非常復(fù)雜，工作人員不僅要合理設(shè)置路線周邊測(cè)控線路中線，同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)合理布設(shè)布標(biāo)，選用一般的正方形圖案作為噴繪圖案，主要目的就是便于無(wú)人機(jī)測(cè)繪時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)完成準(zhǔn)確校正。不僅如此，針對(duì)測(cè)繪控制點(diǎn)的測(cè)量，可以將全站儀、GLASS 靜態(tài)測(cè)量作為導(dǎo)線開(kāi)展測(cè)量，借此完成像片控制點(diǎn)的測(cè)量，從而進(jìn)一步提高測(cè)量準(zhǔn)確性，以此增強(qiáng)控制點(diǎn)的精度。

4.3 控制點(diǎn)布設(shè)

公路工程測(cè)量應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，必須高度重視像片控制點(diǎn)的測(cè)量和布設(shè)。在具體操作過(guò)程中，首先，工作人員可以運(yùn)用1.5m 的方形木來(lái)繪制控制點(diǎn)的標(biāo)注，這也是像片控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終將控制點(diǎn)繪制成三角形圖案，按照上文提到的黑白相間顏色完成繪制。其次，針對(duì)像片控制點(diǎn)的布設(shè)，工作人員需要全面考慮到測(cè)量區(qū)域內(nèi)樹(shù)林、植被覆蓋情況，若是相對(duì)密集，需要做好準(zhǔn)備工作，防止后期圖片成圖精度不足。在具體操作過(guò)程中，工作人員需要在無(wú)人機(jī)航飛前，完成人工布標(biāo)裝設(shè)準(zhǔn)備，一般情況下，布標(biāo)主要運(yùn)用規(guī)格為1.5×1.5m 的普通噴繪布完成制作，為了航拍時(shí)拍的照片中，標(biāo)志物更加清晰，可以在上面噴繪2 個(gè)對(duì)頂黑色三角形。最后，在測(cè)量像片控制點(diǎn)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)合理選用RTK，GLASS 靜態(tài)測(cè)量、GLASS 以及全站儀導(dǎo)線測(cè)量法完成。按照此種方式，有助于提高控制點(diǎn)精準(zhǔn)性，進(jìn)而更好地提高測(cè)量效率[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在公路工程施工建設(shè)中，引入無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，有助于提高測(cè)繪水平，獲取到最為真實(shí)、精準(zhǔn)的公路工程測(cè)量數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，可以提升測(cè)繪速度、精準(zhǔn)度，同時(shí)，還節(jié)省了人力、物力，在很大程度上保證了測(cè)繪人員人身安全，滿足了復(fù)雜環(huán)境路段的作業(yè)需求。因此，在公路工程測(cè)量施工中，應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，發(fā)揮無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，為公路工程項(xiàng)目建設(shè)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而逐步推進(jìn)公路建設(shè)施工。