徐海鋒

（桂林市匯通路橋勘察設計有限公司，廣西 桂林 541002）

當下，人們大多利用傳統測繪及常規(guī)航空攝影測量手段獲取與線路勘測相關的地理信息，測繪階段需要投入大量的人力資源，有勞動力強、測繪工期長、部分危險區(qū)段勘測難度大等不足。而常規(guī)航空攝影測量盡管能快速獲取高分辨率的數據，較好地滿足工程測繪提出的要求，但實踐中的許多客觀因素會影響測量成本，且在短距離、設計級別偏低的項目內適用性偏低。UAV 是近些年研發(fā)的高端測量技術，當下在國內林業(yè)、農業(yè)測繪等領域中均有應用，成效較好[1]。筆者主要探究其在公路工程勘測實踐中的應用情況。

1 無人機攝影技術分析

該項技術的應用階段將自動駕駛飛機設為平臺，傳感器選用高分辨率數碼相機，在系統內集成應用3S 技術（遙感技術、地理信息系統和全球定位系統），捕獲數字影像。UAV具有操作流程便捷、抗干擾能力強、成本低廉、分辨率高及工期短等優(yōu)勢。與傳統航空攝影測量相比，UAV 的特征主要表現在6 個方面[2]。1）能較為快速、順利地獲取空域申請，省略了調試設備及協調機場運作的環(huán)節(jié)。2）不需要在機場升降，選用一段凈空條件較優(yōu)良的順直公路或草坪就能達成升降目標。3）適用于低空作業(yè)條件，完成云下拍攝任務，未對氣候條件提出較嚴格的要求。4）系統集成性處于較高水平，機動性較強，轉場操作過程較便捷。5）由于飛行高程偏低，因此能精確捕獲1 ∶ 2 000～1 ∶ 500 間的影像。6）搭建平臺構建、維護系統及飛行階段的耗用資金較少。

2 項目概況

擬建項目位于陽朔縣興坪鎮(zhèn)，路線起點K0+000 處于山背洞村周邊，途經沖村和龍山、排竹山，終點K6+641.671 坐落于興坪鎮(zhèn)北郊書家堡村附近，路線全長6. 641671 ㎞。擬選擇二級公路標準建設。

勘測資料表明，陽朔縣境內河流屬珠江流域西江水系，項目建設期間未占用庫區(qū)，在興坪圩北側整合并流至漓江。全長為26.7 ㎞，流域面積129.223 km2，水深0.5 m～0.8 m，流速0.4 m/s，枯水流量2 m2/s～2.5 m2/s，洪水流量50 m2/s～60 m2/s。

為了同步提升測試的準確度與工作效率，路線規(guī)劃設計選用了計算機輔助設計系統，依照航測專用地形圖選擇路線，連續(xù)完善路線線型。聯合使用RTK（載波相位差分技術）和全站儀實地放線測量，依照地形實況做出調整，利用全站儀測量橫斷面所有的相關指標。全線的設計圖表全部采用AutoCAD、Word 及Excel 等軟件編制完成，計算機輔助設計覆蓋面達100%，有益于推動設計進度并優(yōu)化設計文件的質量。

3 無人機攝影測量技術應用要分析

3.1 航線設計

無人機在進行航空攝影的過程中，航線設計需要分段設置6 個平高點位置。為了避免攝影過程中其區(qū)域高差太大，盡量維持在航1/6 的范圍內，確保測量區(qū)域內有一定的交叉，這樣也便于對地形進行測量。

3.2 航空攝影

在進行無人機航空攝影的過程中，地形需要盡可能地選擇地表植被覆蓋少或表植覆蓋對于地形不會有太大影響的位置，拍攝時需要盡量避免在惡劣氣候條件下拍攝。同時，需要根據拍攝地形的不同，按照拍攝要求的太陽高度角做好拍攝工作。

4 公路工程勘測階段UAV的應用實踐

4.1 測量準備工作

準備工作是否全面、準確，直接關系著UAV 攝影測量任務是否能順利完成。在該項目勘測階段，UAV 準備主要涵蓋3 點內容。1）規(guī)劃適宜的攝影測量方案。2）檢查設備設施性能指標。3）校準相機。

在擬編攝影測量方案階段，擬定以公路線位和衛(wèi)星圖重疊狀況作為該次測量任務覆蓋的主要范疇，明確測區(qū)中的地形及交通狀況。通過周密性的現場勘查活動，明確測量范圍內是否存在軍事場所、空中管制等特殊狀況。東西窄、南北長、呈火炬狀等是該測區(qū)的地形特征，地勢相對平坦，由西北向東南有一定傾斜，形成了東西向分水嶺。K0+000 ～K3+150、K3+150 ～K6+641.671 依次屬于碳酸鹽巖峰叢臺地地貌、溶蝕平原地貌。結合以上工作期間產出的結果，擬定選用無人機起飛、降落場地，并科學預測測量階段形成的問題，擬定相匹配的應急預案。

4.2 規(guī)劃無人機攝影測量航線

在完成以上準備工作后，便進入規(guī)劃航線工序中。

首先，明確設定地面分辨率，具體是以不同比例尺條件下的成圖標準要求為依據，依照測區(qū)地形、等高距以及基高比等指標，在確認符合準確度要求的基礎上，比較不同分辨率在減縮測量時間、降低成本費用方面的貢獻率，通常將其設定為優(yōu)先選擇的目標對象。既往資料記載[3]，當測圖比例尺為1 ∶500、1 ∶1 000、1 ∶ 2 000 以及1 ∶5 000時，對應的地面分辨率分別是不大于5 cm、8 cm～10 cm、15 cm～20 cm 和18 cm～25 cm。在分析相關規(guī)范要求后，基于該項目地勢較平坦、對高程準確度提出較嚴格要求的實際情況，為獲得精確度更高的攝像圖，擬定選用6 cm 地面分辨率。

其次，對測區(qū)進行規(guī)劃，與傳統攝影測量相比，無人機續(xù)航時間偏短，形成的像幅較窄小，這決定了單臺無人機運作階段的測量范疇還是會受到一定局限。由于該公路線位偏長，所以必須進行科學分區(qū)。分區(qū)階段，應遵守3 條規(guī)則[4]。1）路線走向與航線布設維持統一，將實際偏差調控在允許范疇內。2）將各分區(qū)內地形高程差調控在航高1/h 以內。3）在確保航線是純直線后，盡量拓展分區(qū)跨度，以拓展覆蓋面積。

最后，將該公路工程測區(qū)細分為15 個分區(qū)，航向覆蓋逾越測區(qū)邊緣線應大于5 條基線，測向覆蓋逾越測區(qū)邊緣線像幅要大于50%。因為該項目測區(qū)中地勢起伏波動不大，最大高程差不大于60 m，因此可將其設為一個分區(qū)去規(guī)劃航線。為應對影像傾角偏大等現實問題，擬定把航向、測向的設計重合度依次設定為80% ， 50%。統合以上設計信息，該公路工程UAV 主要參數如下。相對航高4 m～5 m，最低、最高地面點高程依次是55 m、110 m，基準面高85 m，絕對飛行高585 m，航線間隔為260.56 m。

4.3 測量流程及方法

4.3.1 布設像控位點并加以測量

將CORS（連續(xù)運行衛(wèi)星定位參考站）系統運行階段提供的參數信息設為憑據，將其轉換為與坐標系相匹配的數據，采用電子刺點表示像控位點，而后前往工程現場對位攝影，并把點位相關信息制作成表，為內業(yè)加密等過程創(chuàng)造便利。該路段平面坐標系擬定使用1980 年的西安坐標系，中央子午線109°30′，坐標分帶選用1.5°帶[5]。

4.3.2 校對相機

結合相機功能特征，采用空間后方交會法，提取像位點對應的坐標，將其設為觀測數值，求得各類參數的方式進行。

4.3.3 攝影測量

依照當下業(yè)內推行的技術規(guī)范，參照地面分辨率指標，設定現實的飛行路線和高程，航高有相對、絕對航高之分。而后綜合分析航測圖的各項特點，立足于測區(qū)范疇中地形、地勢等條件，科學設定航線、曝光間隔等，以此從根本上保證重疊度的有效性。

4.3.4 內業(yè)加密

在三角測量平差前期，以畸變糾正流程為支撐，對初始影響畸變差進行調整，而后依照相關要求進行平差處理。在現實操作階段，要準確規(guī)劃空三處理航線，把全部位點均轉型為同名位點，以此為基礎辨識測區(qū)內是否存在漏點，然后再增設相應的銜接點，借該方式保證不同模型間的銜接強度與相關要求相匹配。在以上操作整體結束后，檢測其達標與否，在空三加密軟件的協助下，對區(qū)域網進行平差操作。

4.3.5 生成正射影視圖

三角測量完成后，獲取相關的數字高程模型，并生成相應的正射影像。利用三角測量階段獲得的不同方位元素，以和影像相匹配的形式獲取數個同名位點，整合至前方交會操縱過程，借此方式促進離散型三維位點的形成，在人機交互等形式的支撐下，能構建出數字高程模型，最后產出正射影像。

4.3.6 制作模型

具體是依照數字高程模型，精確闡述與地形起伏等相對應的各要素，對影像進行三維可視化處理，力求影像紋理絡脈能詳細地呈現出區(qū)域覆蓋及土地資源的應用現狀，以映射形式將正射影像數據傳導至高程模型透視表面，對各類空間數據進行整合、疊加處理，宗旨是為后期公路選線等工作的開展提供參照依據[6]。

4.3.7 分析準確度

運作該流程的目的是評估像控位點坐標的真實度。多數情況下需要借用2 條航線去獲取影像數據信息，而后對像控位點對應的三維坐標進行加密測量處理，以上過程須借用GPS-RTK 技術完成。最后用PhotoScan 等軟件分析準確度，明確其是否達到了成圖標準的要求。

5 結語

無人機航空攝影測量技術是新型遙感數據的獲取方法，傳統測量方式無法與之相比，通過實踐說明該作業(yè)方法在精神上完全達到1 ∶1000 測圖要求。隨著無人機航測技術的普及和發(fā)展，地形圖航測量費用已與傳統費用相當，因此該技術有著極大的發(fā)展前景。無人機整合了多種現代化技術的優(yōu)勢，用于工程勘測領域中能夠提取高分辨率圖像，并對空間信息進行精確分析、測算。公路工程勘測階段如果能科學應用該系統，則能有效彌補傳統測量手段應用期間暴露出的不足，更好地迎合優(yōu)選路線的現實需求。結合該工程檢測實踐，認定UAV 具有較高的推廣價值。