无人机在高速公路测绘的应用

无人机在高速公路测绘的应用

马新环

甘肃省庆阳公路事业发展中心  745000

摘要：随着科学技术的发展，我国的无人机技术有了很大进展，并在高速公路测绘中得到了广泛的应用。基于无人机地理信息采集方便、精确定位、行动响应迅速的特点，可在高速公路设计、施工、管理、运营、应急等各阶段和业务中开展广泛应用。基于无人机倾斜摄影的二次开发技术，可为地理信息系统、管养系统、应急系统提供数据及模型基础。本文就无人机在高速公路测绘中的应用进行研究，以供参考。

关键词：无人机；倾斜摄影；地理信息系统

引言

无人机航测广泛用于基础测绘、公路设计、重大工程建设、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取。

1无人机倾斜摄影的概念

无人机倾斜摄影是指通过搭载倾斜摄影镜头的无人机，在飞行过程中连续拍摄地面影像，然后根据影像数据生成三维模型，从而实现对地形地貌的高精度测绘和地图制作。相较于传统的航空摄影，无人机倾斜摄影具有成本低、灵活性高、数据精度高等优势，被广泛应用于城市规划、土地管理、卫星遥感等领域。通常，无人机多角度摄像头摄影的图像重叠度为60%～65%，为了使摄影得到的航片满足相关标准，需要对无人机拍摄的照片进行拼接处理，以获取完整的航空遥感图像。因此，使用无人机倾斜摄影技术能够高精准高效率地完成公路带状地形图的测量工作。

2无人机在高速公路测绘的应用

2.1公路选线

在高速公路规划设计阶段，可以通过无人机采集丰富的地理信息，运用倾斜摄影技术和三维建模技术，生成包含地理信息的三维模型，设计人员可以在此三维模型的基础上测量实地的距离、面积、填挖方体积等，因此可以得到一个更为合理的规划选线方案。

2.2设计汇报中的应用

利用三维倾斜模型的直观性和真实性特点，将三维倾斜模型与线路BIM模型相结合，构建公路设计路线漫游视频，以可视化的方式进行公路全线整体方案汇报。对于重点构造物通过技术手段建立单个三维实体模型，得到具有真实感的效果图，可在任一视点进行实体的观察、分析，优化设计方案，同时进行全方位的展示汇报。

2.3算法建模

当任意分支节点的离散属性存在特征值时，其信息增益就会通过属性选择来划分决策类型。机器学习中，经常会遇到数据样本的过拟合现象，但是由于数据之间贴合度过低，很难在数据集中增加泛化能力。此时可以通过剪枝处理的方式，完成对整个算法的建模。在分类模型中，可以假设一个原始的样本数据集为D(x,y)，则其中的一个样本就会通过特征集合中的自己进行划分，这样可以最大程度避免大量运算导致的检测效率降低。针对同一个测试样本，当分类模型中存在N个分类结果时，就可以通过统计，得到最大的分类系数，并得到最终的分类结果。

2.4复杂环境下无人机避障策略设计

根据飞行路径上障碍物与无人机之间的相对距离，将二者之间的区域划分为安全区、预警减速区和避障区。具体情况主要分以下几种。当无人机处于安全区(即无碰撞风险或碰撞风险极低的区域)，无人机正常执行飞行任务。当障碍物与无人机距离达到设定阈值，则进入预警减速区，无人机根据障碍物类别与属性，做出减速飞行并进行拉升避障、下降越障、绕飞越障的飞行策略判断。具体分以下几种情况。(1)当无人机识别出障碍物左右两边一定范围内有一边无其他障碍物时，便会优先向无障碍物的一边执行绕飞越障策略。左右两边一定范围内都无障碍物时，便会随机选择一边执行绕飞越障策略。(2)当无人机识别出障碍物左右两边一定范围内都有其他障碍物，但上方无其他障碍物(如树木)时，便会执行拉升避让。拉升越障时，始终与障碍物保持一定距离。(3)当无人机识别出障碍物左右两边一定范围内都有障碍物，且上方有其他障碍物，而障碍物下方无其他障碍物时，便会执行下降避障，下降避让时，始终与障碍物保持一定距离。(4)当无人机遇到上下左右都有障碍物时，无人机会尝试原地上升一定高度，再重新判断障碍物分布情况。若原地抬升三次，上下左右仍有障碍物，则会向后台发送请求，远程人工进行辅助避障。当减速到安全飞行速度并进入避障区，无人机执行相应避障策略，避障飞行期间，根据深度信息持续判断碰撞风险，当触发高风险碰撞警报，则悬停请求人工接管，降低撞机造成的无人机损坏和人员伤害风险。最后通过仿真和试验，对整个系统进行优化，提升无人机在复杂环境下的感知与避障能力。

2.5绘制断面图

安装纬地选择数模版，点击数模组管理，然后再导入三维数据，选择等高线DWG文件，依次点击三角构网，网格显示。首先，从DTM中进行纵断面采集，纬地就能从等高线生成的三角网格中获取高程信息，并且可以同步显示纵断面信息，直接输入道路设计的纵曲线参数，设置道路路宽等参数，点击绘制横断面，即可批量绘制出未戴帽子的断面。点击设计绘图，则批量绘制标准横断面图，批量绘制横断面，需保证航测数据精准，道路设计参数输入设置正确。土石方计算只是无人机航测数据与成果运用的一部分，无人机航测由于其高采样、高精度、高效率、低成本的特点被广泛运用。

2.6做好内业数据的处理

如果想要给公路勘察设计带来优质的数据信息，还需要做好内业数据处理工作。用专业软件，开展三维建模及数据处理。结合项目实际情况，对无人机倾斜摄影所得数据信息进行分析，导入模型修饰软件，进行模型修饰作业。通过对原始数据的预处理、几何校正和纹理贴补等步骤，构建出高精度的数字地形地貌。针对内业模型的改造，可直接与原始影像相对照，进行勾勒交互式建模，改变传统作业方式，能自动检索各种视角的图像，实现高效数据运算处理，达到快速作业的目的，确保无人机倾斜摄影技术在使用过程中取得良好效果。

2.7基于边缘计算的无人机飞行逻辑

当巡查任务下达时，无人机飞控系统接到任务信息后便会执行相应的巡查任务。当无人机在执行飞行任务时，可通过边缘计算进行障碍物障碍物识别，制定相应的避障策略。遇到复杂环境时，若无人机无法连续3次通过避障动作完成避障，则可以通过5G网络向后台发送信息，进行远程人工辅助飞行。

2.8做好数据精准度的分析

从无人机倾斜摄影技术在实际工作中的运用情况进行分析，如果想要给公路勘察设计带来准确度更高的数据信息，必须对内、外业测量作业数据信息进行质量控制。在实际工作中，对于收集到的数据信息进行精准度检查与分析，对各类数据信息进行质量检查，适应多样化需求。在测量工程中，需要重视倾斜摄影工作的落实和执行过程，确保各项操作规范有序进行。

结语

综上所述，无人机倾斜摄影可以快速、准确地获取公路的地形和地貌特征，生成高精度的数字地图，为公路测量和规划提供可靠的数据支持。对公路勘察设计测量内容进行梳理，包括选线定线、设计汇报、设计成果验证及优化、外业调查等，利用无人机倾斜摄影技术可实现三维实景模型建模，优化公路设计方案。无人机倾斜摄影技术成果基本能够满足公路勘察设计需求，实现对地表地形地貌信息的准确获取及分析评价，并为工程勘察提供依据，减少每个环节工作时间，降低人力成本，提高工作效率。

参考文献

［1］连镇华．无人机航摄相片倾角对立体高程扭曲的影响分析［J］．地理空间信息，2010，8(1):20－22.

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