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无人机测绘成果在公路测量中的应用研究程定伟

发表时间：2020/10/29 来源：《基层建设》2020年第21期作者：程定伟

[导读] 摘要：无人机技术在各种工程领域当中都体现出了其便捷性，公路设计也不例外。

        湖北广交工程勘察设计有限公司湖北武汉 430051
        摘要：无人机技术在各种工程领域当中都体现出了其便捷性，公路设计也不例外。无人机作为现代主流的测绘技术，在我国交通建设勘探和规划设计中有重要运用价值，可对其后期规划线路，选定路线提供参考，所以，文章重点针对公路测量工作展开了分析，提出了无人机测绘成果在公路测量工作中的具体应用策略，对无人机的工作原理以及相关技术进行了分析，不断提高公路测量工作的整体质量。
        关键词：无人机测绘；公路测量；应用
        在我国传统公路工程的测量工作中，测量方式经常会受到地理条件、环境因素以及公路里程等因素的影响，造成整个测量工作的精确度下降，并且公路工程沿线的地质条件复杂多样，使得整个测量工作的周期较长、劳动强度较大，同时测量工作效率较低，无法有效满足我国公路快速建设发展的工作目标。传统的航天测量技术载机量较大，前期成本投入较高，并且灵活程度较低，没有得到工程勘察设计、施工单位的广泛应用和认可。随着科技技术的不断向前发展，无人机设备得到了广泛的应用，无人机设备的体积更小、前期的成本投入更低、灵活程度较高，在地形测量工作中具有多样化的测量工作优势，已经慢慢发展成为公路工程数据测量工作的重要方法。
        一、无人机测绘技术在公路工程测量中的应用优势
        1.操作简单
        无人机技术对空间环境要求不高，其可以实现低空飞行，该技术受到气候环境影响较小，且空域申请便利，可以在较为平整的路面实现起降功能，且飞行环境对航拍影像成果影响较小。该技术对空间环境的要求以及气象条件要求不高，可以切实解决人工勘测无法检测的环境。多可应用公路测量中的路线研究，地理勘测等。从无人机使用和后期检测结果分析，无人机可设置自动起降，获得设置区域内的航测数据。
        2.适应于特殊地形测绘
        我们国家面积辽阔，地形和气候复杂，很多区域常年受积雪、云层等因素影响，导致卫星遥感数据的采集受一定限制。传统的大飞机航飞国家有规定和限制，如航高大于5000m，这样就不可避免的存在云层的影响，妨碍成图质量。另外还有一定的危险，在边境地区也存在边防的问题。对比之下，无人机测绘技术很好的解决了这些问题，可及时控制航测结果，保证测绘成像质量不受时间和空间限制，让其成像质量、精度和效果都大于飞机航拍。
        3.公路测量数据精准
        无人机航测技术可以保证公路测量数据的真实性和精准性。例如西部山区进行测绘时候，可以采用最快的速度获得测绘资料，进而应用航测。为了保证航测技术的精度和质量，要采用GPS测绘技术获得区域内标志点精准坐标。无人机技术是借助通信技术、摄影测量技术和无人机技术多项融合，通过高分辨率的数码相机来获得测量点实际路况，用数据分析的方式为检测对象提供相应技术。就目前来看，无人机技术对我国公路测量提供了有效的数据，且促进我国公路工程建设发展质量，合理运用无人机技术，可而加强我国公路工程经济建设发展，简化测绘难度。
        二、无人机测绘工作及数据处理方式
        无人机内部最重要的系统工程为飞行系统，该系统主要包含了飞机的飞行平台、飞行控制单元、地面测量系统、飞行保障系统以及数字传感器等。无人机在高空测量过程中，涉及了诸多工作流程，从实验场和作业现场，需要对无人机搭载的数码相机拍摄精确度进行有效的调整，以地图规划设计为基础，对无人机的飞行线路进行合理的规划，同时还需要将无人机和外部测量设备之间进行有效衔接，运用差分GPS系统有效获取精度更高的原始测量工作数据，然后再对原始的测绘数据进行进一步处理，最终得到工程勘测设计、施工单位所需要的测绘成果数据。

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        三、无人机测绘成果种类及获取方法
        1.正射影像数据
        正射影像数据的获取是通过无人机搭载摄像机利用空中垂直拍摄的方式所拍摄的多幅高重叠度的航片，然后通过相关的镶嵌匀光等技术手段进行处理以后所生成的影像数据。在利用正射影像数据的方式下能够对公路路线走廊带设计范围之内的地表植物、水系、建筑物等进行相应的辨别和判断，这种方法具有航拍数据精准度高、影像数据清晰的优点。在实际的正射影像数据获取的过程中，大部分是利用固定翼的无人机搭载高清相机来对公路路线走廊带设计区域内进行拍摄并完成相应的数据信息的收集，而为了确保所获取的数据信息的准确性以及在位置信息上的精准度，需要在无人机拍摄的路径上建立相应数量的像控点，并且要在无人机上安装相应的系统，从而实现将正射影像数据反馈到实际的大地坐标当中的目的，并一次作为公路设计的依据开展公路设计工作。在无人机拍摄过程中，无人机的设计飞行路径主要由地面控制点来控制，所拍摄后的航片要借助相关软件的处理，例如PhotoScan等。
        2.数字高程模型
        数字高程模型也称之为DEM，在具体的应用过程中主要是应用有限的地形条件数据，对地形表面的曲面环境进行数字化模拟和分析，通过数字信息的方式来对地面表面的形态进行表达。通过一组有序的矩阵表现形式，为地面测量区域的建筑结构提供出相应的结构模型参考，同时也是数字地形模型建设工作的一个重要分支，其他类型的测量工作模型都可以通过各种地形特征衍生而来。通常情况下DTM可以有效描述地面测量高程和涵盖在内的各种地形条件因子，比如地表面的坡度、坡向以及坡度的变化频率等，可以通过内在的线性和非线性组合在三维空间当中进行模拟和分布，对于DEM技术模型来讲，并不是一种单纯的数字化模型描述结构，对于地形的空间分布、地貌模型以及坡度、变化率等相关地貌特征，可以在DEM的基础之上加以实现。当前无人机航空摄影测量技术DEM重要的技术获取手段，在具体的工作过程中更加简单高效，并没有明显的真空区域，对于地面结构内部存在的植被覆盖区，在测量工作过程中，通过传统的航测影像无法准确获取树林内部的地面监测点。无人机航测数据也存在相同的问题，要想有效解决这一问题，可以使用点云处理软件对树林覆盖区域范围内的原始点位来进行云分类。
        3.航测技术准备工作
        （像控点布设）完成后，就需步入无人机测绘正题。无人机的摄像可得出精准的测量结果。首先，确定测绘范围，其次，确保航测时候对应精准、固定的像控点，经过多次调试和测定后，得到清晰，精准的航测数据，这样的到的数据才是最有效的，可为后期的使用提供参考依据。无人机测绘中，因为相机的精度和像素不同，其测绘结果也有较大差异。公路工程测量是一项精细化的工作，航测人员要以提升无人机测绘精度为主，建议选用高性能，精准性的相机，保证拍摄的地形地貌清晰准确，以为后期道路设计和分析工作奠定基础。
        4.可视化模型制作
        保证准备、航测、正射影像图绘制工作无误后，技术人员可用所测绘数据绘制三维图，为公路测量创造出更为直观化和细节化的模型。可结合采集数据创造出虚拟的可视化三维虚拟环境，实现公路测绘科学选线，为后期设计奠定基础。
        结语
        综上所述，随着我国工程建设发展，公路测量技术要求愈来愈高。所以，无人机测绘技术的成果已经逐渐应用到公路设计的各个阶段，其高精准度、低成本、高效率的优势能够推动公路工程的设计和施工，促进施工的进度。
        参考文献
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        [3]俞建康.采用无人机航测技术实现高速公路建设用地批后监测的探索[J].浙江国土资源,2019(12):46-49.
        [4]邵松松.公路桥梁工程测量与测绘技术的应用研究[J].交通世界,2019(28):96-97.