史華林

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設計研究院，云南 昆明 650051)

一、前 言

目前，公路帶狀地形圖測量采用的方法有全站儀測量法、GNSS RTK測量法、傳統(tǒng)航空測量法。全站儀測量及GNSS RTK測量需要投入大量人力，地形破碎、建筑密集地區(qū)難以測量。傳統(tǒng)航空測量雖然技術成熟，應用廣泛，但由于該技術對天氣和機場條件的依賴性大，成本較高，攝影周期較長，限制了傳統(tǒng)數字攝影測量技術在公路地形測量中的應用。

近年來，低空飛行無人機(UAV)技術得到了非?？斓陌l(fā)展，基于無人機平臺的航空攝影技術已顯示出很強的優(yōu)勢。無人機使用成本低、結構簡單，無人機航測適用于危險區(qū)域的測繪和快速監(jiān)測等。無人機拍攝影像具有清晰度高、分辨率高、比例尺大、面積小、現勢性強的優(yōu)點，且無人駕駛飛機為航拍攝影提供了操作方便、轉場容易的航攝平臺。

二、無人機系統(tǒng)簡介

筆者所在單位用于公路帶狀地形測量的無人機航飛系統(tǒng)型號為ZC-Ⅱ。無人機是通過機載計算機程控系統(tǒng)進行操控的不載人飛行器。無人機航空攝影是以無人駕駛飛機作為空中平臺，使用焦距為35.52 mm的Canon EOS 5D Mark Ⅱ 型單反相機獲取低空高分辨率實地照片，使用計算機及相應軟件對圖像信息進行處理，并按照一定的精度要求繪制成地形圖。無人機系統(tǒng)在設計和最優(yōu)化組合方面具有突出的特點，是集成了高空拍攝、遙控、遙測技術、視頻影像微波傳輸和計算機影像信息處理的新型應用技術。

三、生產技術流程

帶狀公路地形測量無人機航測生產技術流程由接受任務開始，經室內方案設計、外業(yè)測量、內業(yè)空三、內業(yè)測圖、資料整理五大階段，可分為16個步驟(如圖1所示)。

圖1 生產技術流程

四、作業(yè)方法

項目作業(yè)區(qū)位于云南省東南部，擬建公路推薦路線全長22.531 km，作業(yè)范圍依據設計院提供的1∶5萬線路中線方案圖中線比較線兩邊各200 m。

線路地理位置起點(105°40′36″E,23°36′23″N)，終點(105°44′20″E，23°25′43″N)。整條線路屬山地地形，最高海拔約為1255 m，最低海拔位于起點處，約為663 m。整條線路地形復雜，隱蔽地形和一般地形都有分布，地物較多，植被有水田、旱地、果園、樹林、灌木等。部分地區(qū)樹林密集，地物雜亂無章，沿線道路交通不便，通視情況較差。

1. 控制測量

線路控制測量采用GPS及全站儀。沿線路5 km左右布設一對四等GPS控制點，四等GPS控制點之間加密一級導線點，一級導線點間距500 m左右。高程布設四等電磁波測距高程導線。

2. 無人機航空攝影

(1) 航線設計

根據線路走向進行航線設計，共設計飛行4個架次，根據要求測量線路寬度，每個架次飛行4條航線。

(2) 航 飛

無人機飛行平臺為ZC-Ⅱ，飛控系統(tǒng)為YS09，相機為焦距35.52 mm的Canon EOS 5D Mark Ⅱ型單反相機。氣候條件選擇最佳的航攝時間。航攝范圍橫向每側覆蓋成圖區(qū)域以外一個航帶20%的寬度，縱向各向外延伸2條攝影基線，航攝分辨率為0.12 m。

3. 像片控制點的布設原則及測量方法

(1) 像片控制點標志的設計

本項目像片控制點標志使用1.5 m方形噴繪紙，設計為黑白相間的三角形圖案。

(2) 像片控制點的布設

本測區(qū)樹林比較密集，為了保證后期的成圖精度，航飛前在公路中線附近的測量控制點上布設了人工布標。布標用普通噴繪布，其規(guī)格為1.5 m×1.5 m，在上面噴上兩個黑色對頂的三角形，形成黑白相間的4個三角形,確保了在航拍照片上清晰可見。在線路起點、終點及架次交叉處共補刺P1、P2、P5、P6、P75個像片控制點。第二架次地面控制點分布如圖2所示。

圖2 第二架次地面控制點分布圖

(3) 像片控制點的測量

像片控制點的測量采用GNSS靜態(tài)測量、全站儀導線測量及GNSS RTK測量3種方法進行，不僅提高了像片控制點的精度，而且大大提高了測量作業(yè)效率。

4. 空三加密計算

數碼像片經過像片改正，框標坐標殘差絕對值為0。內定向采用邊框自動計算，像點量測坐標考慮像主點位置、航攝儀物鏡畸變、大氣折光、地球曲率等系統(tǒng)誤差的影響，使用自檢校平差消除像點量測的系統(tǒng)誤差。相對定向時，每個像對連接點分布均勻，每個標準點位區(qū)有連接點。自動相對定向時，每個像對連接點數目大于30個。絕對定向與區(qū)域網平差計算，本次空三加密一共分為3個區(qū)域進行，區(qū)域之間進行接邊處理。

5. 內業(yè)測圖

內業(yè)矢量測圖采用JX4-G數字攝影系統(tǒng)。在全數字攝影測量系統(tǒng)上進行立體數據采集，立體像對直接導入空三加密成果。

內業(yè)測圖采用在全野外調繪后刺點測圖的方法，對不符合現狀的地物在成圖后進行野外補測。測繪等高線時用測標切準模型描繪。在等傾斜地段，相鄰兩計曲線間距離在圖上小于5 mm時，只測繪計曲線，首曲線插繪。對于有植被覆蓋的地表，當沿植被表面描繪時，加植被高度改正。在樹林密集隱蔽地區(qū)，依據野外高程點和立體模型進行測繪。高程注記點讀兩次，讀數較差為0.4 m，取中數注記至0.1 m。高程注記點注記在地物或地性特點上，圖上密度為每100 cm213個，在高程變化較大處增加注記點個數。測圖范圍內的獨立地物，電力線、通信線、電纜、光纜及地面架空管線，各種等級的道路均準確繪出。房物標明建筑結構和層數，植被區(qū)分經濟林和用材林，土地分水田、旱地、果園、菜地、荒地等。圖中村鎮(zhèn)、水系、河流、溝谷、大山、鐵路、公路、管線、文物保護區(qū)(范圍)、水庫等有清晰的標識。

最后使用南方CASS軟件將矢量地形圖轉換為設計方需要的格式地形圖。

6. 外業(yè)調繪及精度檢查

外業(yè)調繪打印出的地形圖紙質圖上進行。嚴格按《公路勘測規(guī)范》(JTG C10—2007)、《公路勘測細則》(JTG/TC10—2007)的相關要求執(zhí)行，對航攝成圖進行實地全野外屬性調繪，并修測、補測。修測、補測完后，通過內業(yè)修改數據，以提高成圖精度，并對以下問題進行處理:

1) 電力線、通信線、地下電纜、電桿、鐵塔的調繪按逐桿調繪，分明高壓線、低壓線、光纜或通信線，以及電壓值或線數，并在轉折處標明每條線路的走向。

2) 對測區(qū)內各級公路的等級、寬度、路面類型及去向地名和道路構造物如橋涵等均按實地位置調繪。

3) 對測區(qū)內耕地及植被類型，分經濟作物與其他農作物等進行調繪。

為檢查成果的可靠性，在測區(qū)不同區(qū)域采集了114個明顯的地物點、286個地形點進行精度統(tǒng)計，其中地物點點位中誤差0.536 m，等高線插值的高程中誤差0.462 m，結果完全滿足《公路勘測規(guī)范》(JTG C10—2007)1∶2000地形圖測量要求，滿足公路設計要求。

五、結束語

本文結合工程實際介紹了無人機航測系統(tǒng)在公路帶狀地形測量中的應用情況，并證明無人機攝影測量技術可滿足公路帶狀1∶2000地形圖測繪的要求，為公路帶狀測圖項目提供了新的解決方案。

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