无人机航测系统在公路带状地形测量中的应用分析

刘亚楠

（中国电建市政建设集团有限公司，天津300384）

1 引言

目前，我国在公路带状地形测绘工作中采用的测量方法有很多种。比较常见的就是全站仪测绘法、传统的航空测绘法以及GNSS-RTK 测绘法等。这些测量方法虽然可以取得不错的测量效果，但是耗费的人力、物力和财力也较多，且测量难度较大，对于一些建筑集中或者环境较为复杂的地带无法实现精确测量。而通过应用无人机航测系统可以有效解决以上问题，实现对公路带状地形的精准测量[1]。

2 无人机航测系统的优势和不足

无人机航测系统和我国传统的测量技术相比较，虽然具有较多的优势，但是，也有一定的不足。

优势：（1）在实际应用过程中，无人机航测系统的测量成本相对较低，通过利用无人机可以对相关区域的地理信息进行测定，且整个测量流程可以通过无人机完成，在很大程度上节约了测量单位的人力。另外，利用无人机不仅可以实现无人驾驶，而且测量单位也不需要在飞行器上安装相关安全装备和驾驶仪，避免了额外费用的产生。（2）在使用过程中，可以直接对无人机进行拆卸和折叠，因此，在运输过程中，运费也较少。（3）无人机航测系统还具有灵活、迅速的特点，在使用过程中，可以对较为复杂的事故现场进行测量，在一些灾害或事故发生后，可以及时获取遥感数据信息帮助工作人员进行灾后救援工作。（4）无人机飞行高度较低获取的数据信息的误差较小，通过应用无人机航测系统可以有效解决传统的测量技术的精度较差的问题，获取精确较高的比例尺影像图，特别是在获取局部信息方面，其成功率较高[2]。

不足：（1）因为无人机在使用过程中没有安全防护措施，因此，常出现故障问题，影响测绘工作的结果；（2）因为无人机没有配套应急措施，一旦发生故障，很难在第一时间进行处理，得到的测量数据也难以保证；（3）无人机航测技术的测量稳定性还有待提高，因为无人机在运行时不需要驾驶员进行驾驶，导致无人机的整体结构设计非常简单，质量较轻，且外形小巧，在实际测量过程中，一旦遇到强气流天气，很容易偏离设定轨道，获得的数据质量也会受到较为严重的影响。虽然我国在不断改善无人机的性能，使其具备航线自动调整的功能，但是，其稳定性仍然有待提高。

3 无人机航测的基本流程

无人机航测的基本流程如图1 所示。

图1 无人机航测基本流程

4 无人机航测系统在公路带状地形测量中的应用

以我国某乡镇村级公路带状地形数据的采集为例进行了分析，此公路总长20.445km，在实际测量过程中，以线路中线为基础，向两侧各延伸30m 为测量范围。工程的起点坐标为：东经108°05′08.6″，北纬29°37′55.5″；终点为：东经108°10′37.9″，北纬29°37′24.9″。被测量公路地处山地地区，且海拔较高，最高海拔可达1 617m，最低海拔为1 088m。该公路工程地势较为复杂，并且存在较多的地物，进行测量时，通视环境较差。

4.1 公路控制测量和航空摄影测量

对该路段的测量工作主要包括：（1）测量单位在控制测量和无人机的航空摄影测量中，采取的测量方式为GNSS 静态和全站仪导线相结合的方法，并设置一对四等GPS 控制点，在控制点间布置间距为500m 的导线点；（2）在无人机的航线设计中，测量单位主要设计了6 个飞行架次，按照测量宽度完成航线设计，在航飞平台上选择了ZC－2 型，系统为YS09，焦距为35.52mm 单反相机；（3）在实际航拍过程中，测量单位结合具体的气候条件选择最佳的航摄时间；（4）在相片的控制点测量中，测量单位需要加强对地形的研究，自线路中线的周边进行测量控制，布设布标，选择普通的正方形喷绘。

4.2 空间加密计算和业内测图

空间加密计算和业内测图过程为：（1）在空间加密计算过程中，测量单位在选择数码相片的坐标时，需要注意其坐标残差要满足实际测量的要求，并同时采用边框进行计算。加强坐标位置的自检，避免其出现较大的误差，影响实际测量结果。（2）在自动点的控制上，需要保证数量在30 个以上。（3）在绝对定向和区域间的平差计算中，要分成3 个区域进行计算，并做好相关接边处理工作。（4）内业测图中，测量单位应结合路段的实际情况采取全野外刺点测图，对地物进行野外补测，完善模型绘制。（5）对于树木较为密集或者较为隐蔽的地方，测量人员需要对高程点读取两次读数，本工程误差是0.4m，中数标记是0.1m。（6）对于测量范围内较为独立的地物、架空管线以及各级道路，都需要进行相应的测绘，对于建筑物中的植被和土地要进行明确的区分，以此保证公路的空间加密计算和业内测图的效果。

4.3 外业调绘和成果精度的检查

外业调绘从本质上来讲指的是按照我国的相关规定，通过打印纸质的地形图对测量结果进行调绘和修改。为此，（1）测量单位需要对测量过程中的电力线、电缆、电杆以及铁塔等内容进行调绘，并在实际调绘过程中注意区分高压线、低压线等，对于光缆和通信线路以及电压值需要进行特殊的标准，以此明确线路的走向；（2）测量单位需要对公路的等级、路面状况以及宽度进行实地测绘；（3）测量单位需要对测量范围内的植被类型进行明确的区分，结合农作物的种类进行调绘和修改[3]。

通过在此工程中应用无人机航测系统，测量人员使用自检校平差的方法消除了测量误差，有效提高了测量结果的准确性和可靠性。同时有效节省了人力、物力，降低了测量成本。

5 结语

综上所述，无人机航测技术在安全性和稳定性方面还存在一定的不足，但是，和我国传统的测量技术相比具有较多的应用优势，如测量精度较高、测量成本较低等，通过在公路带状地形测量中的应用应用无人机航测系统，可以有效提高公路测绘的速度和精确度，进而满足当前我国政府和国民对带状公路地形的测量要求，为公路工程的后期施工奠定坚实的基础。