攝影測量與遙感技術在工程測量中的應用研究

劉建明

（佛山市測繪地理信息研究院有限公司，廣東 佛山 528000）

1 攝影測量與遙感技術在工程測量中的應用

1.1 地籍測量

地籍測量是地籍調查的重要工作內容，是按照規定法律程序，配合相關管理部門，運用現代測繪技術，確定界址線的位置、數量、形狀，計算面積，繪制地籍圖，為土地管理提供可靠保證。地籍測量的方法有很多，包括野外實地測繪、遙感測繪、航空攝影測量、無人機攝影測量等。在不同時期、不同精度要求下，每種方法都有一定的適用性。隨著無人機技術的不斷成熟，無人機航測逐漸成為首選。通過無人機搭載攝像機和遙感設備測量地籍信息，能夠產生事半功倍的效果。無人機體積較小、機動靈活、反應迅速，對起降場地和天氣條件要求較低，可以在較短時間內完成目標區域的拍攝及遙感信號探測。通過內置智能芯片，還可以第一時間對相關數據進行加工處理，最大化地保留原始數據，減少測量誤差。無人機航空攝影可以根據影像分辨率需求設定飛行高度，從而滿足地圖精度要求。搭載不同類型遙感設備，可以獲得不同時段、多光譜、多分辨率的影像數據，使田埂、溝渠、道路的輪廓清晰可辨，權屬界限走向明確，可以用來制作多種基礎地理信息數字成果。同時，無人機航測可以與衛星定位系統聯合運用，通過對比分析，檢查測量結果是否存在問題，實現實時糾正反饋的測量效果。

1.2 地圖修測

地圖修測是工程測量的基本組成部分。隨著經濟社會的不斷發展以及自然環境的持續變化，已測制的地圖可能已經難以滿足工程建設需求，需要按照相關技術要求，對發生變化的地理要素進行補充和修改，保證地圖的使用價值。（1）要掌握原圖的測量精度和測繪方法，收集相關資料，科學制訂修復方案。（2）要對原圖中有明確坐標信息的固定地物點或者已經布設的控制網進行加密測量，提高修測精度。可以利用最新的航攝像片，通過相片轉繪儀或其他光學投影設備，按修測部分周圍影像與原圖同名地物準確重合，達到修測的目的。如果地形變化較大、影響范圍較廣，則需要通過航空攝影重新測量。衛星影像遙感測量技術通過星載型傳感器采集工程數據信息，并實現數據共享，可以大幅度提高信息獲取效率。使用該技術進行地圖修測時，規定的比例尺可以更小，比如，SPOT 多光譜圖影像比例尺為1∶100 000，能夠滿足相應尺度下的地圖修測。如果需要在其他尺度下開展作業，衛星影像的分辨率應按需調整，否則會影響精確度[1]。

1.3 優化設計

利用攝影測量和遙感技術進行工程測量，創建數字模型，對相關數據進行虛擬處理，能夠直觀、清晰地展現工程建設周邊環境和空間形態，為科學規劃、優化設計提供堅實基礎，尤其是在公路工程建設中，能夠發揮巨大作用。隨著西部大開發和“一帶一路”倡議的實施，公路工程建設面臨復雜的地質條件，可能會引發滑坡、泥石流等地質災害，所以，公路選線設計至關重要，攝影測量與遙感技術可以從源頭上降低建設風險和成本費用。傳統的外業勘測作業困難，不但危險性高，而且工作量大、精確度差。利用無人機攝像和遙感技術，能夠多方位、多角度獲取高分辨率數據，保質、保量地完成高危地區的地質測量工作。同時，地理信息系統具有強大的空間數據處理和分析能力，結合地理信息系統技術應用，能夠將復雜的地質選線工作轉化為無人機和計算機作業，從而獲取高精度影像數據和4D 成果，并以此為依據，調整線路分布，滿足公路線路優化設計的目的。該方法在體量較大項目的工程選址中也同樣適用，對于提高選址效率、降低選址成本都有重要的現實意義。

1.4 施工監測

以往的工程測量工作主要集中在工程建設前期階段，隨著無人機攝影測量與遙感技術應用范圍的不斷擴大，其在工程施工和竣工階段也體現出了巨大的應用價值。土石方開挖施工是重要的基礎工程，具有一定的危險性，而且對開挖深度、平整度等方面要求較高。利用無人機遙感測量技術，可以實現土方精準測量的效果。先將測量區域劃分成塊，然后借助數學模型，模擬現場地形情況，最后計算設計標高與地面之間的土方體積。其主要通過影像數據產生大量點云數據，結合邊界和標高測量，實現土方工程量的精確計算。點云數據的獲取需要從布設相控點、遙感影像拍攝、數據處理3 個環節著手。在預處理階段，需要將點云數據網格化，利用平滑濾波方法解決高程異常數據問題，并對測區邊界統一規范編碼。實踐證明，無人機遙感測量技術能夠獲得良好的土石方施工測量效果，而且隨著工程量的增大，測量精度和效率也隨之提升，有利于控制施工進程，減少超挖、欠挖等問題的出現。

1.5 竣工檢測

在工程建設竣工階段，需要做好竣工驗收工作，包括一系列的工程數據測量核算，比如，高度測量、輪廓測量、面積測量等。在建筑高度測量中，可以利用攝影測量技術，并結合全站儀、激光測距儀等設備完成邊測量、水準測量、三角高程測量。穹頂高度是高度測量中的重難點問題，為了保證測量精度，需要將無人機攝影測量結果與其他儀器設備的測量結果進行對比分析，保證穹頂高度測量的準確性。在對邊測量時，需要做好全站儀觀測角度調整工作，將全站儀設置在建筑周邊，能夠有效避免較大高差的出現。采用無人機攝影測量時，通過空間后方交會模型，可以完成相近參數的校驗工作；利用空三加密軟件進行無人機航空影像區域網平差，建立數據模型，保證高度測量精準。在輪廓測量和面積核算時，應嚴格按照相關規范標準執行，做到分層、分棟測量，計算核驗相關尺寸參數，防止出現各尺寸參數之間的矛盾，保證套內軸線及外框等邊線有效閉合。通過實踐發現，無人機攝影測量能夠保證較好的精確度，而且工作效率更高，資源消耗更少[2]。

2 高精度無人機遙感技術在工程測量中的應用要點

2.1 系統合理配置

高精度無人機遙感系統主要包括無人飛行器系統、任務荷載系統、地面輔助系統等子系統，其中，無人飛行器系統包括飛行器平臺、飛行控制系統、動力系統、發射與回收系統、數據傳輸系統、導航系統；任務荷載系統則由各種遙感傳感器組成，比如，高分辨率數碼相機、紅外傳感器、多光譜成像儀、機載合成孔徑雷達等；地面輔助系統由地面供電系統、無線遙控系統、計算機監控系統、監控軟件數傳平臺等部分組成。在地面輔助系統的控制下，無人機飛行系統搭載任務荷載系統對測量區域進行數據收集，并將數據傳輸到數據處理系統。根據測量任務要求和地形地質條件特點，嚴格控制各部分功能和配置，對操作靈活性、任務荷載重量、續航時間、控制精度等技術指標進行分析對比，選擇合適的系統配置方案。

2.2 獲取遙感影像

無人機遙感影像獲取主要包括收集整理資料、布設和測量相控點、規劃航線、選擇飛行場地、檢查準備、監控飛行過程、檢查航攝質量等環節。全面收集整理與測量區域有關的數據資料，特別要收集比例尺1∶10 000 或更大區域的地形圖，明確采用的地理坐標系統、中央子午線、高程系統等。像控點是影像解析和測圖的基礎，能夠糾正飛行器因電磁干擾或定位受限導致的一系列問題。必須嚴格按照標準布設像控點，通常選擇目標影像清晰、相對固定，且測量準確、平坦、易于判刺的位置。同時，選擇合適的測量方法，優先采用網絡RTK 模式，在沒有網絡信號和CORS 覆蓋的范圍內，采用傳統RTK 工作模式，這樣有利于提高工作效率，保證內業測圖成果能夠滿足精度要求。根據測區范圍，設計起飛點、降落點，控制飛行速度等參數，合理規劃飛行航線，確定航測范圍、航攝分區、航線敷設、參數設計等方面內容。飛行前檢查完畢后，導入規劃好的航線，等到飛行器RTK 得到穩定解后，才可以操作起飛。飛行過程中，監控人員要嚴密監測UAV 的姿態、位置、速度、電壓等工作參數。

2.3 遙感影像處理

無人機航測獲取到的遙感影像需要通過一定技術手段處理后才能得到想要的成果。首先要確定所采用的坐標系統，把采集到的坐標數據進行轉換，結合相控點布測、POS 數據等相關信息，進行空中三角測量，然后通過圖像增強、畸變校正、影像拼接等處理，獲得最終的三維模型、數字正射影像圖、數字地表模型圖等成果文件。

2.3.1 遙感影像預處理

在無人機遙感影像處理前，首先要確定并轉換坐標，常采用的坐標系統包括地理坐標系和投影坐標系。選擇好坐標系統后，將無人機測量得到的坐標轉換到目標坐標系中。轉換方法有很多，其中，格網法精度最高，但要求測區內有足量且均勻分布的重合點，這與工程測量的特點不符，因此，一般會采用參數法進行轉換。選擇合適的轉換模型，選取重合點，計算轉換參數和坐標殘差，刪除不符合殘差要求的點，直到滿足要求為止。由確定的重合點計算轉換參數，最后對遙感影像坐標進行轉換。

2.3.2 空中三角測量

通過坐標轉換后，可以獲得統一坐標系的高等級控制點坐標及相關參數。通過空中三角測量，能夠獲得全部所需坐標，為制作高精度成果文件做好準備。空中三角測量可以分為解析法和模擬法，解析法中的區域網法能夠減少野外控制點數量要求，保證內部精度均勻，所以應用最為廣泛。按照所取單元的不同，區域網法又可以分為光束法、獨立模型法、航帶法，其中，在無人機遙感影像處理中，光束法應用精度最高，能夠適應多種需求高精度的空三加密。

2.3.3 影像綜合處理

受多種因素影響，無人機遙感系統獲取的影像信息可能與實際特征不相符，會產生幾何畸變，這時需要采取有效的校正措施，修正圖像中像元坐標在像方和物方空間坐標系中的不一致，從而生成滿足地圖投影要求的新圖像。首先將像元坐標轉換成地面點坐標，然后進行影像重采樣，實現幾何畸變校正的目的。在系統拍攝過程，由于受外界因素的干擾，得到的影像可能存在灰度集中問題，需要做圖像增強處理，將一些無用信息削弱，以改進影像質量，增強視覺效果。通常可以采用直方圖、修正法、偏微分方程法、小波變換法等技術手段。雖然高精度無人機遙感系統能夠獲得高精度圖像，但是受成像硬件設備的限制，不能同時獲取大面積區域影像，需要通過融合匹配等技術，將一組影像拼接整合成一張完整的寬視場圖像。

3 結語

綜上所述，工程測量在土地管理、規劃決策、優化設計、施工監測、竣工驗收等方面都能發揮重要作用，而攝影測量與遙感技術是應用相對成熟的無人測繪方法，能夠有效提高工程測量的質量和效率，減少資源消耗和成本費用，在保證安全的基礎上，實現大范圍、高精度的數據采集，并經過信息化分析處理后，根據需求構建不同類型的成果文件，為工程建設管理提供有力支撐。