测绘新技术在公路测量中的应用研究运用

冯 谊

（宁夏北斗测绘技术有限公司，宁夏 银川 750001）

1 无人机机载激光雷达技术

1.1 无人机机载激光雷达技术的优点

随着时代的发展，在公路测量中需要采取大量坐标数据，构成数字表面模型 （DIGITALSURFACEMODEL，英文缩写为DSM），并生成数字高程模型（DIGITALELEVATIONMODE，英文缩写为DEM）。过去制作DEM，需要使用飞机进行航空摄影，采用空中三角立体测量技术并辅以地面测量配合，外业周期长、难度高、精度低，已经难以适应当今社会的发展。无人机机载激光雷达技术分辨率高、动态探测范围大，能在短时间内直接、快速地获取真实地表的高精度三维信息 （包括LIDAR的三维坐标），从而大大减轻地面外业作业量。使用无人机机载激光雷达技术，可以同时获取DSM模型与DEM模型，精确描绘地表、地貌、地形的三维特征。

1.2 在公路测量中应用无人机机载激光雷达技术

新疆某段高速公路项目，公路沿线区域多为人烟稀少的荒漠、戈壁，地形崎岖、交通不便，冬季时有大风、大雪；测区内水准点分布较少，一些水准点年久失修，出现了自然损坏。测区需穿越高山山谷，整个测区内高度相对落差超过1 500 m。项目施工又急需测绘人员提供详细的三维数字化地形图，有鉴于此，测绘人员决定使用无人机机载激光雷达技术。

测绘人员首先选定了无人机与机载激光系统，确定了数据采集的范围（ 沿路线中心线左右两侧300 m）、DSM模型地面点高程插值精度 （中误差＜0.5 m），数字正射影像分辨率 （0.2 m）；继而布设无人机航线、无人机航线起始点经纬度坐标；然后操纵无人机进行航摄 （航摄仪焦距为28 mm，CCD单元尺寸为8 μ m，激光扫描角为60°，航向重叠度为60%，旁向重叠度为30%，激光扫描重叠度为23%）。由于航线上出现了大量地面积雪，测绘人员不得不进行了多次无人机航测，前后历时一个多月才获取全部数据。

在获取数据后，技术人员对数据进行了差分处理，将机载GPS正反解差值控制在0.1 m以内；然后进行激光点自动分类→检查、修改DSM模型→继而进行激光精细分类→导出地面点→调入数码影像数据，添加相片间的连接点→进行影像色彩接线→生成正射影像，最终生成DSM模型。

2 无人机倾斜摄影技术

2.1 倾斜摄影技术的特点

倾斜摄影系统由多头相机、GPS、姿态定位系统共同构成。多头相机用于从五个角度进行拍摄，GPS用于获取三个线元素，姿态定位系统用于记录多头相机在曝光瞬间的三个角元素。进行倾斜摄影，必须设计好无人机航线，确定旁向重叠度达到30%，航向重叠度达到66%。若需要生成三维模型，需将航向重叠度设置为70%，旁向重叠度设置为50%。

在获取无人机倾斜摄影的影像数据后，技术人员需根据影像数据的特点以及多头相机定标参数、无人机拍摄姿态数据对影像数据进行几何校正；然后进行多视影像联合平差，导入连接点坐标、控制点坐标、GPS数据进行联合解算→进行多视影像密集匹配，生成DSM模型，并进行真正射影像纠正，最后进行三维建模。

2.2 在公路测量中应用倾斜摄影技术

某市某区，面积大约为1.57 km2，区内地物复杂，有大型建筑物、道路、篮球场、树木、人行道、水泡，建筑物高度在80 m以下。该区要进行公路改建，因此，测绘人员使用无人机倾斜摄影技术对该区进行了公路测量。

测绘人员选择旋翼无人机，利用RTK测量选择好的像控点实地三维坐标、检查点三维坐标 （每个点测量两次，取数据平均值）；然后为无人机倾斜摄影系统设置地面分辨率、多头相机曝光参数、航向重叠度80%、旁向重叠度70%、飞行高度200 m、飞行速度5 m/s、相机倾斜角45°；再启动无人机，遥控无人机沿航线飞行，按3 s张的频率进行自动拍摄。无人机前后在五条航线上进行航拍，飞行了5个架次，历时60 min，获取了7 500张相片，大小为60 GB。

在获取无人机航拍数据后，技术人员使用PIX4DMAPPER软件，导入影像数据。软件对数据进行自动校正，并显示出测区详细的影像信息、位置信息。然后，技术人员在软件中导入像控点文件，标出控制点位置 （每个控制点对应4张数码相片）。

之后，技术人员使用SIFT特征提取算法，结合像控点坐标与多高影像外方位元素数据，提取影像特征，将连接点-连接线、控制点坐标进行联合平差，计算出每张数码相片的外方位元素与坐标，从而完成三角测量处理。完成三角测量处理后，技术人员进行点云加密处理。最后生成具有实景效果的DSM模型与数字正射影像图。

2.3 无人机倾斜摄影的注意事项

使用无人机进行倾斜摄影作业，多头数码相机可能出现径向畸变差、偏心畸变差，因此，技术人员需对多头相机进行检测。常用的检测方法有光学实验室检校法、试验场检校法、自检校法。由于光学畸变可能造成影像变形，技术人员还需求取影像的畸变参数，对数字影像进行畸变差改正。

3 公路测量中应用BIM技术

BIM技术是应用于建筑工程设计的数据化工具，它可以为建筑项目构建三维虚拟模型，并呈现该项目全部信息、数据。BIM技术具有可视化、可协调、可模拟、可出图等多种功能。虽然BIM技术多用于建筑设计、施工，但在公路测量中同样可以应用BIM技术。

东北某高速公路需要进行改扩建，路线全长200 km，车流量大，沿线路况复杂，沿线分布着大量地下管线，为提高公路测量的全面性，测绘人员在这次测绘中应用了BIM技术。

首先，测绘人员使用无人机机载激光雷达技术对线路进行了全程航摄，然后在BIM平台上进行三维建模，展示沿线生态、地貌、地形特征。技术人员采用国家高程基准，处理激光点云，最后生成DEM模型。

4 紫蜂技术

4.1 紫蜂技术

紫蜂，是ZIGBEE的意译。ZIGBEE是一种低速、短距离无线通信技术，主要用于传感控制应用。紫蜂技术耗能极低，仅需2节5号电池便可支持一个ZIGBEE节点工作6～24个月（ 两年），相比之下，蓝牙节点最多只能几周；紫蜂技术成本比蓝牙更低，性价比更高，响应速度更快（ ZIGBEE成本不到蓝牙的1/10，ZIGBEE节点连接进入网络的时间只需30 ms，而蓝牙节点连接进入网络需要3～10 s），容量大，安全性高，在公路测量中可以很好地发挥作用。

4.2 在公路测量中应用紫蜂技术

公路施工测量的一个重要内容是观测路基、路面的沉降、水平位移。测绘人员可应用紫蜂技术，在现场建立大量无人值守的测绘节点，从而实现全天候、全时段观测。

5 结语

现今，我国公路通车里程已经高居世界第一，但公路测量技术却不能与发达国家比肩。因此，应当在公路测量中主动应用各种测绘新技术，不断提高测绘的精度，为公路建设事业作出更大的贡献。