摄影测量与遥感技术在工程测量中的应用研究

刘建明

（佛山市测绘地理信息研究院有限公司，广东 佛山 528000）

1 摄影测量与遥感技术在工程测量中的应用

1.1 地籍测量

地籍测量是地籍调查的重要工作内容，是按照规定法律程序，配合相关管理部门，运用现代测绘技术，确定界址线的位置、数量、形状，计算面积，绘制地籍图，为土地管理提供可靠保证。地籍测量的方法有很多，包括野外实地测绘、遥感测绘、航空摄影测量、无人机摄影测量等。在不同时期、不同精度要求下，每种方法都有一定的适用性。随着无人机技术的不断成熟，无人机航测逐渐成为首选。通过无人机搭载摄像机和遥感设备测量地籍信息，能够产生事半功倍的效果。无人机体积较小、机动灵活、反应迅速，对起降场地和天气条件要求较低，可以在较短时间内完成目标区域的拍摄及遥感信号探测。通过内置智能芯片，还可以第一时间对相关数据进行加工处理，最大化地保留原始数据，减少测量误差。无人机航空摄影可以根据影像分辨率需求设定飞行高度，从而满足地图精度要求。搭载不同类型遥感设备，可以获得不同时段、多光谱、多分辨率的影像数据，使田埂、沟渠、道路的轮廓清晰可辨，权属界限走向明确，可以用来制作多种基础地理信息数字成果。同时，无人机航测可以与卫星定位系统联合运用，通过对比分析，检查测量结果是否存在问题，实现实时纠正反馈的测量效果。

1.2 地图修测

地图修测是工程测量的基本组成部分。随着经济社会的不断发展以及自然环境的持续变化，已测制的地图可能已经难以满足工程建设需求，需要按照相关技术要求，对发生变化的地理要素进行补充和修改，保证地图的使用价值。（1）要掌握原图的测量精度和测绘方法，收集相关资料，科学制订修复方案。（2）要对原图中有明确坐标信息的固定地物点或者已经布设的控制网进行加密测量，提高修测精度。可以利用最新的航摄像片，通过相片转绘仪或其他光学投影设备，按修测部分周围影像与原图同名地物准确重合，达到修测的目的。如果地形变化较大、影响范围较广，则需要通过航空摄影重新测量。卫星影像遥感测量技术通过星载型传感器采集工程数据信息，并实现数据共享，可以大幅度提高信息获取效率。使用该技术进行地图修测时，规定的比例尺可以更小，比如，SPOT 多光谱图影像比例尺为1∶100 000，能够满足相应尺度下的地图修测。如果需要在其他尺度下开展作业，卫星影像的分辨率应按需调整，否则会影响精确度[1]。

1.3 优化设计

利用摄影测量和遥感技术进行工程测量，创建数字模型，对相关数据进行虚拟处理，能够直观、清晰地展现工程建设周边环境和空间形态，为科学规划、优化设计提供坚实基础，尤其是在公路工程建设中，能够发挥巨大作用。随着西部大开发和“一带一路”倡议的实施，公路工程建设面临复杂的地质条件，可能会引发滑坡、泥石流等地质灾害，所以，公路选线设计至关重要，摄影测量与遥感技术可以从源头上降低建设风险和成本费用。传统的外业勘测作业困难，不但危险性高，而且工作量大、精确度差。利用无人机摄像和遥感技术，能够多方位、多角度获取高分辨率数据，保质、保量地完成高危地区的地质测量工作。同时，地理信息系统具有强大的空间数据处理和分析能力，结合地理信息系统技术应用，能够将复杂的地质选线工作转化为无人机和计算机作业，从而获取高精度影像数据和4D 成果，并以此为依据，调整线路分布，满足公路线路优化设计的目的。该方法在体量较大项目的工程选址中也同样适用，对于提高选址效率、降低选址成本都有重要的现实意义。

1.4 施工监测

以往的工程测量工作主要集中在工程建设前期阶段，随着无人机摄影测量与遥感技术应用范围的不断扩大，其在工程施工和竣工阶段也体现出了巨大的应用价值。土石方开挖施工是重要的基础工程，具有一定的危险性，而且对开挖深度、平整度等方面要求较高。利用无人机遥感测量技术，可以实现土方精准测量的效果。先将测量区域划分成块，然后借助数学模型，模拟现场地形情况，最后计算设计标高与地面之间的土方体积。其主要通过影像数据产生大量点云数据，结合边界和标高测量，实现土方工程量的精确计算。点云数据的获取需要从布设相控点、遥感影像拍摄、数据处理3 个环节着手。在预处理阶段，需要将点云数据网格化，利用平滑滤波方法解决高程异常数据问题，并对测区边界统一规范编码。实践证明，无人机遥感测量技术能够获得良好的土石方施工测量效果，而且随着工程量的增大，测量精度和效率也随之提升，有利于控制施工进程，减少超挖、欠挖等问题的出现。

1.5 竣工检测

在工程建设竣工阶段，需要做好竣工验收工作，包括一系列的工程数据测量核算，比如，高度测量、轮廓测量、面积测量等。在建筑高度测量中，可以利用摄影测量技术，并结合全站仪、激光测距仪等设备完成边测量、水准测量、三角高程测量。穹顶高度是高度测量中的重难点问题，为了保证测量精度，需要将无人机摄影测量结果与其他仪器设备的测量结果进行对比分析，保证穹顶高度测量的准确性。在对边测量时，需要做好全站仪观测角度调整工作，将全站仪设置在建筑周边，能够有效避免较大高差的出现。采用无人机摄影测量时，通过空间后方交会模型，可以完成相近参数的校验工作；利用空三加密软件进行无人机航空影像区域网平差，建立数据模型，保证高度测量精准。在轮廓测量和面积核算时，应严格按照相关规范标准执行，做到分层、分栋测量，计算核验相关尺寸参数，防止出现各尺寸参数之间的矛盾，保证套内轴线及外框等边线有效闭合。通过实践发现，无人机摄影测量能够保证较好的精确度，而且工作效率更高，资源消耗更少[2]。

2 高精度无人机遥感技术在工程测量中的应用要点

2.1 系统合理配置

高精度无人机遥感系统主要包括无人飞行器系统、任务荷载系统、地面辅助系统等子系统，其中，无人飞行器系统包括飞行器平台、飞行控制系统、动力系统、发射与回收系统、数据传输系统、导航系统；任务荷载系统则由各种遥感传感器组成，比如，高分辨率数码相机、红外传感器、多光谱成像仪、机载合成孔径雷达等；地面辅助系统由地面供电系统、无线遥控系统、计算机监控系统、监控软件数传平台等部分组成。在地面辅助系统的控制下，无人机飞行系统搭载任务荷载系统对测量区域进行数据收集，并将数据传输到数据处理系统。根据测量任务要求和地形地质条件特点，严格控制各部分功能和配置，对操作灵活性、任务荷载重量、续航时间、控制精度等技术指标进行分析对比，选择合适的系统配置方案。

2.2 获取遥感影像

无人机遥感影像获取主要包括收集整理资料、布设和测量相控点、规划航线、选择飞行场地、检查准备、监控飞行过程、检查航摄质量等环节。全面收集整理与测量区域有关的数据资料，特别要收集比例尺1∶10 000 或更大区域的地形图，明确采用的地理坐标系统、中央子午线、高程系统等。像控点是影像解析和测图的基础，能够纠正飞行器因电磁干扰或定位受限导致的一系列问题。必须严格按照标准布设像控点，通常选择目标影像清晰、相对固定，且测量准确、平坦、易于判刺的位置。同时，选择合适的测量方法，优先采用网络RTK 模式，在没有网络信号和CORS 覆盖的范围内，采用传统RTK 工作模式，这样有利于提高工作效率，保证内业测图成果能够满足精度要求。根据测区范围，设计起飞点、降落点，控制飞行速度等参数，合理规划飞行航线，确定航测范围、航摄分区、航线敷设、参数设计等方面内容。飞行前检查完毕后，导入规划好的航线，等到飞行器RTK 得到稳定解后，才可以操作起飞。飞行过程中，监控人员要严密监测UAV 的姿态、位置、速度、电压等工作参数。

2.3 遥感影像处理

无人机航测获取到的遥感影像需要通过一定技术手段处理后才能得到想要的成果。首先要确定所采用的坐标系统，把采集到的坐标数据进行转换，结合相控点布测、POS 数据等相关信息，进行空中三角测量，然后通过图像增强、畸变校正、影像拼接等处理，获得最终的三维模型、数字正射影像图、数字地表模型图等成果文件。

2.3.1 遥感影像预处理

在无人机遥感影像处理前，首先要确定并转换坐标，常采用的坐标系统包括地理坐标系和投影坐标系。选择好坐标系统后，将无人机测量得到的坐标转换到目标坐标系中。转换方法有很多，其中，格网法精度最高，但要求测区内有足量且均匀分布的重合点，这与工程测量的特点不符，因此，一般会采用参数法进行转换。选择合适的转换模型，选取重合点，计算转换参数和坐标残差，删除不符合残差要求的点，直到满足要求为止。由确定的重合点计算转换参数，最后对遥感影像坐标进行转换。

2.3.2 空中三角测量

通过坐标转换后，可以获得统一坐标系的高等级控制点坐标及相关参数。通过空中三角测量，能够获得全部所需坐标，为制作高精度成果文件做好准备。空中三角测量可以分为解析法和模拟法，解析法中的区域网法能够减少野外控制点数量要求，保证内部精度均匀，所以应用最为广泛。按照所取单元的不同，区域网法又可以分为光束法、独立模型法、航带法，其中，在无人机遥感影像处理中，光束法应用精度最高，能够适应多种需求高精度的空三加密。

2.3.3 影像综合处理

受多种因素影响，无人机遥感系统获取的影像信息可能与实际特征不相符，会产生几何畸变，这时需要采取有效的校正措施，修正图像中像元坐标在像方和物方空间坐标系中的不一致，从而生成满足地图投影要求的新图像。首先将像元坐标转换成地面点坐标，然后进行影像重采样，实现几何畸变校正的目的。在系统拍摄过程，由于受外界因素的干扰，得到的影像可能存在灰度集中问题，需要做图像增强处理，将一些无用信息削弱，以改进影像质量，增强视觉效果。通常可以采用直方图、修正法、偏微分方程法、小波变换法等技术手段。虽然高精度无人机遥感系统能够获得高精度图像，但是受成像硬件设备的限制，不能同时获取大面积区域影像，需要通过融合匹配等技术，将一组影像拼接整合成一张完整的宽视场图像。

3 结语

综上所述，工程测量在土地管理、规划决策、优化设计、施工监测、竣工验收等方面都能发挥重要作用，而摄影测量与遥感技术是应用相对成熟的无人测绘方法，能够有效提高工程测量的质量和效率，减少资源消耗和成本费用，在保证安全的基础上，实现大范围、高精度的数据采集，并经过信息化分析处理后，根据需求构建不同类型的成果文件，为工程建设管理提供有力支撑。