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(shù)在工程測量中的應用

1.1 地籍測量

地籍測量是地籍調(diào)查的重要工作內(nèi)容，是按照規(guī)定法律程序，配合相關(guān)管理部門，運用現(xiàn)代測繪技術(shù)，確定界址線的位置、數(shù)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(shù)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(shè)備測量地籍信息，能夠產(chǎn)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(nèi)完成目標區(qū)域的拍攝及遙感信號探測。通過內(nèi)置智能芯片，還可以第一時間對相關(guān)數(shù)據(jù)進行加工處理，最大化地保留原始數(shù)據(jù)，減少測量誤差。無人機航空攝影可以根據(jù)影像分辨率需求設(shè)定飛行高度，從而滿足地圖精度要求。搭載不同類型遙感設(shè)備，可以獲得不同時段、多光譜、多分辨率的影像數(shù)據(jù)，使田埂、溝渠、道路的輪廓清晰可辨，權(quán)屬界限走向明確，可以用來制作多種基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果。同時，無人機航測可以與衛(wèi)星定位系統(tǒng)聯(lián)合運用，通過對比分析，檢查測量結(jié)果是否存在問題，實現(xiàn)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(jīng)濟社會的不斷發(fā)展以及自然環(huán)境的持續(xù)變化，已測制的地圖可能已經(jīng)難以滿足工程建設(shè)需求，需要按照相關(guān)技術(shù)要求，對發(fā)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(guān)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(jīng)布設(shè)的控制網(wǎng)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(zhuǎn)繪儀或其他光學投影設(shè)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(wèi)星影像遙感測量技術(shù)通過星載型傳感器采集工程數(shù)據(jù)信息，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以大幅度提高信息獲取效率。使用該技術(shù)進行地圖修測時，規(guī)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(yè)，衛(wèi)星影像的分辨率應按需調(diào)整，否則會影響精確度[1]。

1.3 優(yōu)化設(shè)計

利用攝影測量和遙感技術(shù)進行工程測量，創(chuàng)建數(shù)字模型，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行虛擬處理，能夠直觀、清晰地展現(xiàn)工程建設(shè)周邊環(huán)境和空間形態(tài)，為科學規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計提供堅實基礎(chǔ)，尤其是在公路工程建設(shè)中，能夠發(fā)揮巨大作用。隨著西部大開發(fā)和“一帶一路”倡議的實施，公路工程建設(shè)面臨復雜的地質(zhì)條件，可能會引發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災害，所以，公路選線設(shè)計至關(guān)重要，攝影測量與遙感技術(shù)可以從源頭上降低建設(shè)風險和成本費用。傳統(tǒng)的外業(yè)勘測作業(yè)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(shù)，能夠多方位、多角度獲取高分辨率數(shù)據(jù)，保質(zhì)、保量地完成高危地區(qū)的地質(zhì)測量工作。同時，地理信息系統(tǒng)具有強大的空間數(shù)據(jù)處理和分析能力，結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)應用，能夠?qū)碗s的地質(zhì)選線工作轉(zhuǎn)化為無人機和計算機作業(yè)，從而獲取高精度影像數(shù)據(jù)和4D 成果，并以此為依據(jù)，調(diào)整線路分布，滿足公路線路優(yōu)化設(shè)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(xiàn)實意義。

1.4 施工監(jiān)測

以往的工程測量工作主要集中在工程建設(shè)前期階段，隨著無人機攝影測量與遙感技術(shù)應用范圍的不斷擴大，其在工程施工和竣工階段也體現(xiàn)出了巨大的應用價值。土石方開挖施工是重要的基礎(chǔ)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(shù)，可以實現(xiàn)土方精準測量的效果。先將測量區(qū)域劃分成塊，然后借助數(shù)學模型，模擬現(xiàn)場地形情況，最后計算設(shè)計標高與地面之間的土方體積。其主要通過影像數(shù)據(jù)產(chǎn)生大量點云數(shù)據(jù)，結(jié)合邊界和標高測量，實現(xiàn)土方工程量的精確計算。點云數(shù)據(jù)的獲取需要從布設(shè)相控點、遙感影像拍攝、數(shù)據(jù)處理3 個環(huán)節(jié)著手。在預處理階段，需要將點云數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，利用平滑濾波方法解決高程異常數(shù)據(jù)問題，并對測區(qū)邊界統(tǒng)一規(guī)范編碼。實踐證明，無人機遙感測量技術(shù)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(xiàn)。

1.5 竣工檢測

在工程建設(shè)竣工階段，需要做好竣工驗收工作，包括一系列的工程數(shù)據(jù)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(shù)，并結(jié)合全站儀、激光測距儀等設(shè)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(jié)果與其他儀器設(shè)備的測量結(jié)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(diào)整工作，將全站儀設(shè)置在建筑周邊，能夠有效避免較大高差的出現(xiàn)。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(shù)的校驗工作；利用空三加密軟件進行無人機航空影像區(qū)域網(wǎng)平差，建立數(shù)據(jù)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(guān)規(guī)范標準執(zhí)行，做到分層、分棟測量，計算核驗相關(guān)尺寸參數(shù)，防止出現(xiàn)各尺寸參數(shù)之間的矛盾，保證套內(nèi)軸線及外框等邊線有效閉合。通過實踐發(fā)現(xiàn)，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(shù)在工程測量中的應用要點

2.1 系統(tǒng)合理配置

高精度無人機遙感系統(tǒng)主要包括無人飛行器系統(tǒng)、任務荷載系統(tǒng)、地面輔助系統(tǒng)等子系統(tǒng)，其中，無人飛行器系統(tǒng)包括飛行器平臺、飛行控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、導航系統(tǒng)；任務荷載系統(tǒng)則由各種遙感傳感器組成，比如，高分辨率數(shù)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(tǒng)由地面供電系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控軟件數(shù)傳平臺等部分組成。在地面輔助系統(tǒng)的控制下，無人機飛行系統(tǒng)搭載任務荷載系統(tǒng)對測量區(qū)域進行數(shù)據(jù)收集，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)。根據(jù)測量任務要求和地形地質(zhì)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(xù)航時間、控制精度等技術(shù)指標進行分析對比，選擇合適的系統(tǒng)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(shè)和測量相控點、規(guī)劃航線、選擇飛行場地、檢查準備、監(jiān)控飛行過程、檢查航攝質(zhì)量等環(huán)節(jié)。全面收集整理與測量區(qū)域有關(guān)的數(shù)據(jù)資料，特別要收集比例尺1∶10 000 或更大區(qū)域的地形圖，明確采用的地理坐標系統(tǒng)、中央子午線、高程系統(tǒng)等。像控點是影像解析和測圖的基礎(chǔ)，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(shè)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(yōu)先采用網(wǎng)絡RTK 模式，在沒有網(wǎng)絡信號和CORS 覆蓋的范圍內(nèi)，采用傳統(tǒng)RTK 工作模式，這樣有利于提高工作效率，保證內(nèi)業(yè)測圖成果能夠滿足精度要求。根據(jù)測區(qū)范圍，設(shè)計起飛點、降落點，控制飛行速度等參數(shù)，合理規(guī)劃飛行航線，確定航測范圍、航攝分區(qū)、航線敷設(shè)、參數(shù)設(shè)計等方面內(nèi)容。飛行前檢查完畢后，導入規(guī)劃好的航線，等到飛行器RTK 得到穩(wěn)定解后，才可以操作起飛。飛行過程中，監(jiān)控人員要嚴密監(jiān)測UAV 的姿態(tài)、位置、速度、電壓等工作參數(shù)。

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(shù)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(tǒng)，把采集到的坐標數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，結(jié)合相控點布測、POS 數(shù)據(jù)等相關(guān)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(shù)字正射影像圖、數(shù)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(zhuǎn)換坐標，常采用的坐標系統(tǒng)包括地理坐標系和投影坐標系。選擇好坐標系統(tǒng)后，將無人機測量得到的坐標轉(zhuǎn)換到目標坐標系中。轉(zhuǎn)換方法有很多，其中，格網(wǎng)法精度最高，但要求測區(qū)內(nèi)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(shù)法進行轉(zhuǎn)換。選擇合適的轉(zhuǎn)換模型，選取重合點，計算轉(zhuǎn)換參數(shù)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(zhuǎn)換參數(shù)，最后對遙感影像坐標進行轉(zhuǎn)換。

2.3.2 空中三角測量

通過坐標轉(zhuǎn)換后，可以獲得統(tǒng)一坐標系的高等級控制點坐標及相關(guān)參數(shù)。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(qū)域網(wǎng)法能夠減少野外控制點數(shù)量要求，保證內(nèi)部精度均勻，所以應用最為廣泛。按照所取單元的不同，區(qū)域網(wǎng)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(tǒng)獲取的影像信息可能與實際特征不相符，會產(chǎn)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(zhuǎn)換成地面點坐標，然后進行影像重采樣，實現(xiàn)幾何畸變校正的目的。在系統(tǒng)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(zhì)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(shù)手段。雖然高精度無人機遙感系統(tǒng)能夠獲得高精度圖像，但是受成像硬件設(shè)備的限制，不能同時獲取大面積區(qū)域影像，需要通過融合匹配等技術(shù)，將一組影像拼接整合成一張完整的寬視場圖像。

3 結(jié)語

綜上所述，工程測量在土地管理、規(guī)劃決策、優(yōu)化設(shè)計、施工監(jiān)測、竣工驗收等方面都能發(fā)揮重要作用，而攝影測量與遙感技術(shù)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(zhì)量和效率，減少資源消耗和成本費用，在保證安全的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)大范圍、高精度的數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)過信息化分析處理后，根據(jù)需求構(gòu)建不同類型的成果文件，為工程建設(shè)管理提供有力支撐。