巴音郭愣蒙古自治州国土资源勘测规划设计院 新疆库尔勒 841000
摘要：无人机航测技术，对于高速公路勘测以及辅助选线工作有着极大的提升，本文从勘测、辅助选线两个维度，开展无人机航测技术应用方案的探讨，以期逐步构建起完备高效的高速公路设计新模式。
关键词：无人机航测技术；高速公路；勘测；辅助选线；应用
1无人机航测技术的概述
在无人机航测技术中，无人机系统是由控制系统平台、定位定向传感器、无线通电控制台三部分所组成的。控制系统平台中包括无人机机体、操控与动力系统。并且在航摄过程当中一般都会使用焦距固定的专业数码相机，而控制飞行时会使用自主驾驶仪器，汇集接收机组合导航系统和各种各样的传感器等，使得不同的气动布局可以被正确掌控，同时能够做到精准导航、准确定位以及自主飞行。无线通电控制台可以做到在地面监管工作站台、无线遥控飞行、监控电台与天线。地面上的工作站台能够设计航空路线与航路点并对其进行修改，还可以根据情况随时改变无人机的航飞姿态与航点，与此同时对于无人机的飞行数据、飞行姿态等数据都可以随时进行记录。以上的信息数据都是用电台与天线来传递信息给无人机。
2无人机航测数据种类及获取方法
2.1航拍视频数据
通过无人机拍摄的视频数据，可以清晰、直观地展现公路设计范围内的地形地势条件、人文环境要素、农田土地类型、建筑种类信息等等，实现对现场环境的快速辨识。对于视频数据的获取，需要通过多旋翼无人机搭载云台相机完成，分为手控航拍和自主航拍两种方式。对于重要的规划设计区域，例如互通枢纽立交、大跨径桥梁等区域可以采用多视角、不同高度的手控航拍方式，对于整条设计公路而言，可将设计路线转化为无人机的飞行航线，通过地面站控制，实现自主飞行，完成航拍。
2.2机载激光点云数据
机载激光点云数据是在多旋翼无人机上挂载激光雷达以及定位定姿系统获取的记录地物空间三维坐标信息的三维点数据。通过数据处理可以实现点云分类，并实现地表特征提取，利用多次回波技术，可获得剔除植被、人工建筑之后的地面点，进而可以构建更加准确的数字高程模型（DEM），为方案设计、挖填方计算等提供准确的数据支持。该技术手段具有数据精度高、受天气影响小、自动化程度高的特点。
2.3正射影像数据
正射影像数据是由无人机搭载相机在空中垂直拍摄多幅高重叠度的航片，通过空三加密、DSM构建、镶嵌匀光等技术方法生成的真正射影像数据。通过正射影像可以实现对地面植被、水系、公路、建筑物等的判别和辨识，具有数据精度高、影像清晰的优势。对于公路设计领域正射影像的获取，多采用固定翼无人机挂载高清相机完成外业数据采集。为保证获取航片的位置精度，需要沿设计路线布设大量的像控点，并在无人机上安装ＲTK或者PPK系统，实现将正射影像投射到真实的大地坐标中，以此为依托展开公路设计。整个飞行过程由地面站控制，拍摄的航片采用Pix4Dmapper，PhotoScan等软件进行处理。
3无人机航测技术在高速公路勘测中的应用
在工程可行性研究阶段，了解现场环境对于路线规划设计至关重要，需要进行外业调查并获知现场状况，以验证设计路线的合理性。在外业调查中，可采用多旋翼无人机辅助调查工作的展开，对于重要区域以及难以到达的地形复杂地区，可通过手控航拍方式记录现场环境。同时，也可以将设计路线转化为无人机的飞行航线，通过地面站设置飞行参数，实现超视距飞行，获取设计公路沿线的视频数据。对于工程可行性研究阶段而言，通过无人机拍摄的视频资料具有获取速度快、成本低、现势性强的优势，并可减少外业调查人员数量，达到节省人力的目的。由于是在空中俯拍整个工程现场，能够清晰地展示现场环境，并实现对现场的记录，便于方案的优化设计。图1为通过多旋翼无人机拍摄的某高速公路改扩建设计项目工程可行性研究阶段的视频资料，可以清晰地看出待扩建公路两侧的厂房、建筑物等情况，能为方案设计提供直观的数据资料。图2为某高速公路新建路段设计项目工程可行性研究阶段的航拍视频资料，该视频是由无人机自主飞行拍摄的视频数据，通过该视频可进行公路建设的拆迁量统计以及公路设计路线的合理性验证。
4无人机航测技术在高速公路辅助选线中的应用
4.1高速公路辅助选线的目标
在过往高速公路辅助选线过程中，往往需结合地形图、影像图等，在平面图上进行辅助线路的设计工作，这种选线方式，对于平原地段高速公路辅助选线有着较大的帮助，但是在地形起伏较大的山地地段，高速公路的隧道口、高架桥辅助选线难度较大，传统的选线方式无法满足实际的使用需求。为了有效应对这一情况，尝试将无人机航测技术引入到辅助选线之中，尝试借助于现代化的技术手段，适应复杂地质环境下的高度公路辅助选工作开展的客观要求。在这一思路的指导下，明确高速公路辅助选线的总体目标，从底层三维做起，从底层到上层，进行自主开发的方式，结合高速公路施工区域的实际，从三维表现、快速建模、地形编辑等几个方面入手，构建起三维辅助选线机制。
4.2高速公路辅助选线决策功能的设置
高速公路辅助选线决策工作的开展，需根据实际需要，进行必要的功能模块设置，从决策系统多源数据叠加、辅助选线决策、辅助选线方案生成等几个方面入手，有序开展相关工作，以确保高速公路道路选型工作的顺利进行，同时将地理信息数据、建筑物模型、三维仿真数据，通过转化达到直观化呈现的效果，并完成对高程信息的附着添加，构建起立体化仿真模型，对高速公路辅助选线人员提供了更为全面的指导，切实增强辅助选线决策的针对性。在辅助选线环节，根据高速公路的施工要求，基于实际的工作要求，技术人员在现有的技术框架下，可进行必要的数据拓展，生成三维效果图，进而形成具有可操作性的高速公路辅助选线报告，为后续高速公路的设计、施工活动的开展提供依据。
4.3高速公路辅助选线技术应用
在高速公路辅助选线技术应用过程中，应当基于辅助选线的目标定位，以科学性原则、实用性原则为框架，在现有的技术手段下，扎实开展技术应用工作。在整个选线建模环节，可充分借助于VR技术，不断提升高速公路勘测数据的处理精度与效率，使用3DMax等三维建模软件，完成无人机航测系统的搭建，形成开放式的系统平台。在框架搭建完成之后，可使用自适应LOD、智能权重等算法，进行数据的优化处理，对错误信息进行剔除，同时也在一定程度上，增强系统运行的安全性。为了确保高速公路辅助选线工作的顺利完成，还有必要借助于海量地理数据动态调控技术，对各类数据进行优化处理，以实现对航拍影像资料的快速高效处理。
结束语
为确保高速公路质量，构建完善的辅助设施，施工单位在勘测与辅助选线环节对于施工区域影像资料的分辨率有着极高的要求，以影像资料为基础，开展三维模型的搭建，为高速公路勘测以及辅助选线决策工作提供数据支持。综上所述，以上内容就是对无人机航测技术在高速公路勘测及辅助选线中应用的论述。
参考文献：
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论文作者:汤学才
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第17期
论文发表时间:2019/6/19
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