无人机航测技术在高速铁路站场土石方计量中的应用

陶沈圣 温楷和 柳楠 徐海龙 卢照孔

摘 要：在高速铁路站场土石方计量中，传统测量方式需要耗费大量的人力物力资源，在恶劣的环境下还会增加测量难度，给测量工作人员的生命安全带来隐患。而无人机航测技术相比传统的测量方式来看具有明显的优势，不受地形环境限制，在短时间内就能对土石采剥量进行快速测量，减少了测量人员的工作量，自动化程度较高。本文就对无人机航测技术在高速铁路站场土石方计量中的应用展开探讨，为铁路工程建设提供参考思路。

关键词：无人机航测技术;高速铁路;站场土石方计量;应用

中图分类号：U215.2 文献标识码：A

在高速鐵路工程项目建设过程中，会涉及到土石方计量问题，尤其是在矿山地带，土地开发整理中，土石方计量对工程项目的经济效益带来直接的影响，无人机航测技术比传统航拍测量方式具有明显的优势，灵活度高，操作简单，且成本较低，现阶段已经在各类工程领域中得到应用，有效提高测量效率和测量数据的精准度。以往在高速铁路站场土石方计量中多采用传统的测量方法，包括水准仪法，GPS测量等等，但这些测量方式需要由测量人员先对站场现场的地形环境进行逐一测量，工作量大，工期长，在遇到恶劣的环境时还会增加测量人员的安全隐患问题[1]。无人机航测技术是一种全新的测量技术手段，通过现代化技术手段进行工程测绘和数据采集，尤其是在小区域范围内可以达到影像数据更新的要求，灵活度较高，受环境影响小，减少了人工现场作业，具有较高的现实意义和应用价值。

1 无人机航测技术概述及特点

无人机航测技术是在无人机上放置摄影设备，来对工程数据进行测量和连续拍摄像片，根据地面控制点进行立体测绘和测量，专业人员通过将所获信息数据进行分析，制作地形图，智能化程度较高，减少测量人员的工作负担和工作量。在传统的测量工作中一般采用大型飞机，空中作业的申请手续繁琐，航摄影仪体积大，且成本高，随着近年来无人机的发展，无人机和航空摄影相结合，发展为无人机航测技术，具备高灵活度和适用性广的特点，对于一些小区域范围内的数据测量和影像获取方面优势较大[2]。在高速铁路工程项目建设中，阶段性勘测工程较多，这类工程的工期时间短，工程规模较小，如采用传统航测技术具备较大的风险，无人机航测技术可以凭借自身高灵活性的优势在站场土石方计量中应用的重要性更加突出。

在无人机航测技术应用时，只需要控制者及时查看摄影摄像即可，而且无人机操作简单，机身较小，可以很好的适应风向变化，可以减少设备震动问题，避免在数据采集时图像误差较大。在测量前只需要将无人机的飞行路线进行提前设定，根据实际测量再及时修正，无人机系统就可以自动处理，操作简单[3]。在实际测量中，无人机航测技术的精准度也比较高，影像质量好，可以采用低空遥感模式来对地理信息进行勘测，精准采集低空数据，信息采集效率高。而且无人机的飞行周期比较短，可以在短时间内就可以完成数据的采集，采集难度小，在无人机程序操作时控制人员可以很快掌握操作方法，提高测量效率。

2 无人机航测技术在高速铁路站场土石方计量中的应用

2.1 飞行方案设计

某高铁试验基地建设线路长度约为16公里，丘陵地貌，该测区附近无民用机场，具有良好的无人机作业空域环境。测区的设计里程为16公里，长度较短，规模约为7平方公里，根据项目计划书在测量前先确定测量范围，影像重叠率和摄影地面分辨率，对无人机系统的航线长度、航线数目和飞行高度等进行明确，在设置航线时应尽量和条带状测区保持平衡，在测区设置控制点，和摄区边界线保持平行，航线要超过摄区边界线范围[4]。

2.2 数据采集

在站场土石方采剥量计算时用无人机对开挖前和开挖后两期数据进行采集，采用无人机低空摄影的方式进行影像数据采集，在确定测区范围后对测区现场进行勘探，根据规定要求在测区四周布设控点，在像控坐标采集之前校正测区的基础控制点，减少测区误差。在对不同区域测点进行测量时，要保证后期数据采集的精准度，需要进行分块采集。如测区存在高原，山谷等地形时，需要对其进行合理的规划，确保严格定点，减少因地形问题导致数据采集的结果存在误差，采用高清摄像头保证航拍清晰度，可以采用手动或自动方式明确采集点，提高定点测量专业性[5]。而且在数据采集时应尽量选择晴朗天气，如遇雷电或沙尘暴天气，会影响到无人机工作和数据测量的准确度。

2.3 数据处理

在数据采集完成之后，对航测数据进行处理，将拍摄的影像数据导入到photoscan软件，检查航点位置是否漏片，如有则需要对该区域重叠度进行重新计算，如果低于重叠度要求，则需要对该区域的数据影像进行再次测量。根据航拍作业记录，检查影像的成像质量，是否有过暗或者过亮的情况，可以适度采用软件对其进行匀光匀色处理，确保成像质量平衡。在外业数据测量中，先根据航摄控制点内业布设方案选定测量地物特征点，通过GPS技术对外业三维坐标进行观测。无人机航测作业是低空航拍，影像重叠率高，影像像幅小，基线短，在外业控制点布置时要高于传统航拍测量的控制点数量[6]。在测区地物要素调绘时采用数字化调绘模式，对测区道路、植被和电线杆等进行调查和测绘，用Arcgis软件将拍摄影像转呈切片底图文件，打包呈离线地图包，在移动设备上读取底图数据，再将离线地图包文件导入到调绘软件中，根据一定的比例尺和调绘标准来对测区调绘，在调绘作业完成后，导出文件转换为dwg格式，转换成对应坐标系统。

2.4 土方量计算

在土石方计量测算中需要保证计算结果的精准度，采用PI*4D mapper软件进行自动化处理，生成数字表面模型，数据处理的流程包括：获取原始数据<建立测区，导入数据和照片<根据要求填写参数<进行一键式自动处理<生成DOM/DEM<输出数据。将裁剪后正摄影像和点云数据叠加，减去测区植被和非地面点的测量数据。

3 结语

综上所述，在高铁站场土石方计量中，无人机航测技术比传统航拍测量方式具有明显的优势，灵活度高，操作简单，且成本较低，现阶段已经在各类工程领域中得到应用，有效提高测量效率和测量数据的精准度。在站场土石方的测量过程中要充分考虑无人机航测技术特点，确保操作准确以及数据采集的精准度，在高速铁路工程项目建设中，只需控制者及时查看摄影摄像即可，而且无人机操作简单，机身较小，可以很好的适应风向变化，可以减少设备震动问题，避免在数据采集时图像误差较大，采用无人机低空摄影的方式进行影像数据采集，在确定测区范围后对测区现场进行勘探，根据规定要求在测区四周布设控点，在像控坐标采集之前校正测区的基础控制点，减少测区误差。无人机航测技术的精准度也比较高，影像质量好，可以采用低空遥感模式来对地理信息进行勘测，精准采集低空数据，信息采集效率高，具有较高的应用价值。

参考文献：

[1]赵明哲，王薇娜.无人机航空摄影测量技术在地形图测绘中的应用[J].工程技术研究，2020，5（20）：250-251.

[2]李卫军，杨静.无人机摄影测量在矿山土石方采剥量计算中的应用[J].北京测绘，2020，34（10）：1404-1407.

[3]解文武.无人机航空摄影测量在地形复杂地区勘测定界中的应用[J].北京测绘，2020，34（10）：1408-1411.

[4]祖琪.探析无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用[J].工程建设与设计，2020（01）：188-189+195.

[5]邱立广.无人机航测技术在矿山大比例尺地形图测量中的应用[J].世界有色金属，2019（24）：24+26.

[6]邹弟金.无人机航测技术在矿山大比例尺地形图测量中的应用[J].世界有色金属，2019（17）：25+27.