无人机航测技术在道路勘测中的应用

无人机航测技术在道路勘测中的应用

王曙光

淮安精益工程勘测有限公司，江苏淮安 223003

摘要：无人机航测技术具有成本低、机动灵活、测量精度高、作业周期短等优势，在道路勘测中得到了越来越广泛的应用。文章首先对无人机航测技术进行了简单的介绍，同时通过实例对该技术在道路勘测中的整体应用流程进行了探讨，为道路勘测提供了全新的解决方案。

关键词：无人机航测；道路勘测；空中三角测量；精度

1引言

近年来，随着无人机航测技术的迅速发展，无人机在我国的航测遥感领域受到越来越多的欢迎，已广泛应用于应急测绘、国土资源、林业、农业等众多领域。在道路勘测中，由于精度要求苛刻、测区范围狭窄且形状复杂，增加了无人机航测的难度，使得无人机航测技术并没有得到广泛的应用，大部分项目仍然采用效率低下的工程测量的方式进行勘测。随着科技的不断进步，无人机航测技术的精度也得到了优化，因其独特的优势也逐渐引入到道路勘测中，让道路勘测设计进入了全新的阶段。

2无人机航测技术简介

低空无人机航摄系统通常由飞行平台、影像获取设备（数码相机）、控制与导航系统、地面站、后勤保障系统、后期影像处理系统六部分组成。飞行平台有固定翼和旋翼无人机两种，由于当前旋翼机悬停时间短、航程短、载重小的不足，当前主要使用固定翼无人机进行大比例尺航测作业。影像获取设备通常是非量测的高分辨率数码相机。控制与导航系统包括飞行控制系统、GPS、IMU（惯导）等传感器部件，这些设备的主要作用是控制飞行器响应地面站的指令，按照预定的航线和姿态航行，记录相关的位置和姿态数据，并在极端的情况下保证无人机的失效保护。

与载人大飞机相比，无人机航测系统的优势主要表现在：（1）具有较强的机动性，在机动速度、机动范围及机动条件等方面，有人飞行器无法与之相比；（2）具有较强的环境适应性，无须专业起降场地，对气象条件要求也低，优越的低空性能使云下作业变得可行，从而大大提高工作效率；（3）具有较好的经济性，飞机购买价格低廉，使用费用也很低，且不需要载人升空，用户的安全压力大大减小。

3工程实例

3.1工程概况

某公路设计等级为等外公路，全长约为15km，测区范围以原有道路为基础，向着两侧平均拓展100m，形成幅宽200米，长度15公里的带状区域，要求测绘1:2000带状地形图。测区属丘陵地貌，植被丰富，房屋众多，野外测绘条件相对较差，沿线地带多处的交通不具便利性。

3.2航空摄影

本工程采用的无人机型为国产大鹏CW-20固定翼无人机（如图1所示），该飞行平台搭载的影像获取设备参数如下：镜头采用35.0mm广角定焦，有效像素3600万，电荷耦合器件（CCD）大小为35.9 mm×24.0mm，分辨率为 7360×4912 像素。由于测区呈带状分布，整体考虑该测区，航线方向布设为南北向。航线设计所遵守的的相关要求如下：航线弯曲度控制在3%以内；相邻航线的航高差（航线内最大航高与最小航高的差值）均应不大于设计相对航高的5%，航向覆盖超出测区边界线不少于一条基线；本次航测依据《低空数字航空摄影规范》( CH/Z3005 － 2010) 要求确定航高为800m，航向重叠度为75%，旁向重叠度在50%，共获取了1574张像片。

图1 大鹏CW-20固定翼无人机

3.3像片控制测量

本项目像片控制点标志使用1.5m方形喷绘纸，设计为黑白相间的三角形图案。本测区树林比较密集，为了保证后期的成图精度，航飞前在公路中线附近的测量控制点上布设了人工布标。在线路起点、终点及架次交叉处共补刺10个像片控制点。像片控制点的测量采用GNSS RTK测量，不仅要保证像片控制点的测量精度，而且大大提高了测量作业的效率。

3.4空中三角测量

根据《数字航空摄影测量空中三角测量规范》( GB/T23236-2009) 利用航天远景的DATMatrix 软件进行内业加密。在内业空三加密前，对影像进行了畸变差改正，像控点以注记说明和点位略图为参照刺点，综合判定点位，对于个别错点、疑点校核左右像对及上下航线同名目标，以判定其准确性。计算空三角加密期间，数码相机坐标残差值需充分满足各项标准，经自检校平差将折光及偏差消除掉。相对定向校平方面，需针对于连接点均匀地连接处理好；自动点方面，实际数量应超过30个。计算绝对定向及区域间平差期间，可分成三个不同区域实施，将接边的处理工作做好。

3.5DOM和DLG图件制作

利用DEM 数据和空三加密成果，在MapMatrix中，对原始影像进行正射纠正，将其纠正好的单片，在EPT下进行拼接处理。再在Photoshop 中，对其拼接后的影像进行检查，检查其影像的拉花变形，颜色过渡、重影、同名点等影像的问题，并对其进行改正，形成最终的DOM 数据。DLG生产利用航天远景数字摄影测量工作站中MapMatrix FeatureOne工作站采集平台，建立工程后创建立体模型，并根据《低空数字航空摄影规范》CH/Z3005-2010、《1：500、1：1000、1：2000地形图航空摄影测量内业规范》GB/T 7930-2008要求，在立体模式下采集地物、地貌要素，DLG 等高距统一采用2m。

3.6外业调绘及检查成果精度

外业调绘，主要是依据国家各项规定及标准，借助纸质版地形图纸打印等手段完成调绘及修改处理操作。以下方面应当重视成果精度专项检查操作：需先逐杆调绘铁塔、电杆、电缆、电力线等，并明确地区分开低压、高压等这些线路，把电压值、通信线路、光缆等所有线数均标记好，并对线路走向予以明确；测区公路的等级、宽度、路面实际状况等均需开展实地位置的调绘工作；确区分好测绘区域内植被及耕地的类型，依据不同农作物做好调绘处理工作。对于不同地形点及地物点精度予以统计分析，重视地物点点位偏差有效处理操作，以充分满足于公路勘测各项标准及线路设计地形测图的标准等。

4结束语

无人机航测技术在公路勘测领域拥有广阔的应用前景，它的成本低、机动灵活、测量精度高、作业周期短的优势使其大大超越了传统的人员设备勘测方法，使公路的勘测变得更简单、有效。无人机航测的技术会越来越成熟，并且在公路勘测领域发挥出更加高效的作用。

参考文献：

[1]张富强, 王克刚. 无人机航测技术的应用与发展探讨[J]. 建筑工程技术与设计, 2014(34).

[2]马山松. 无人机测绘成果在公路测量中的应用及分析[J]. 测绘与空间地理信息, 2018, 41(4):199-201.

[3]张浩,王树东,杨永兴,等.无人机航测技术在高速公路勘测及辅助选线中的应用[J].工程勘察,2015,(9).90-94.
[4]魏林金.无人机航测技术在高速公路带状地形图测绘中的应用[J].现代测绘,2018,(2).13-15.

[5]李永树.基于无人机技术的地形图测绘研究[J].测绘,2011,(4).147-151.