无人机航测技术在公路勘测中的应用及实践论文_王波

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摘要:针对公路勘测过程中的无人机航测,在介绍其准备工作和航线设计的基础上,提出无人机航测技术具体应用方法,以此为现代公路勘测提供先进技术措施。

关键词:公路看成人;无人机航测;应用

无人机航测技术在近年来得到了飞速发展,同时各大生产商也不断加大了对相关测试软件的开发,其中对航测平台以及测量处理平台中存在的问题也得以解决。在公路测绘工作中,无人机航测技术的应用已经取代了传统测量模式,但是由于公路勘测中地形的复杂以及对高精度的要求,无疑增大无人机航测的难度,在很大程度上制约了航测技术在公路勘测中的应用,因此,现在通过案例方式对其具体应用进行研究意义重大。

一、无人机航空测量优势分析

所谓的无人机航测技术实际上是对传统航测技术的补充,在实际应用中与传统航空测量相比其明显具有自身最为鲜明的特征。首先,利用无人机进行航空测量可以有效降低测绘成本,同时还可以有效避免安全事故的发生,同时还可以快速获取测量数据。在利用无人机进行测量时通常采用复合材料作为主要材质,在出现破损时也可以进行及时更换,同时维修成本相对较低。通过无人机测量技术所得的数据准确度高,从而提高了航空测量的效率。其次,无人机测量所占用体积较小,并且在操作方面也极为灵活,由于无人机的体积较小,所以在起飞和降落时并需要特殊跑道的配合。起飞时通常通过滑跑起飞或者是弹射起飞,而降落时可以进行伞降。再次,对于无人机的运输比较方便,同时,还可以对相机进行灵活搭载。由于无人机本身体积较小,所以非常易于携带。最后,无人机测量具有较高的安全性,对于无人机基本上不存在空域限制的问题,从而在气候恶劣的环境下以及地形的状况下都能够避免对驾驶员的伤害,因此,无人机探测可以胜任低空测绘,应对风险较高的任务,从而降低了人工测量的风险。

二、公路勘测中无人机航测准备与航线设计

(一)无人机航测准备

做好准备工作是确保航测顺利完成,避免发生意外的重要环节。在公路勘测过程中,无人机航测准备主要内容有以下三个方面:第一,确定适宜的航测计划;第二,设备检查;第三,相机检校。其中,第二和第三方面的具体内容会在以下进行详细分析。在确定航测计划时,通过公路线位和卫星图之间的叠加,确定本次航测任务主要范围,并明确测量区域内地形条件和交通状况;再通过细致的现场勘查,确认施测范围内是否存在军事场所和空中管制。根据以上工作的成果,选择无人机起飞、降落场地,同时对所有产生的问题,都制订行之有效的应急预案。

先以某公路勘测项目为例,对其无人机航测技术具体应用进行分析。该项目采用油动型无人机,其主要技术参数如表1所示。

表1无人机技术参数

根据任务要求,在无人机上搭载数码相机,型号为佳能5DSR型,其像幅、像素分别为8688×5792和4.143μm。在航测开始前,需严格标定相机,以得到相应的畸变系数与内方位元素。

(二)无人机航测航线设计

首先,确定地面分辨率,以各比例尺条件下的成图要求为依据,结合测量区中地形、等高距和基高比,在保证精度的基础上,优先考虑对缩短周期有利,且经济合理,能保证综合效益的地面分辨率。当测图比例尺为1∶500时,地面分辨率一般不超过5cm;当测图比例尺为1∶1000时,地面分辨率在8~10cm范围内;当测图比例尺为1∶2000时,地面分辨率在15~20cm范围内;当测图比例尺为1∶5000时,地面分辨率在18~25cm范围内。根据以上要求,结合本项目地形较为平坦,对高程精度有很高要求的现状,为达到良好的成图精度,取6cm地面分辨率。然后进行航测分区,相较于传统意义上的航测,无人机续航时间相对较短,且像幅小,单台无人机作业时的有效测量范围有限。而公路线位往往很长,所以需要进行分区。在实际的分区过程中,应严格遵循下列基本原则:第一,路线的走向必须和航线布置保持一致,实际误差不能超过最大允许范围;第二,在各分区当中,地形高差应控制在航高1/6以内;第三,在航线为纯直线的基础上,应尽可能增大分区跨度,这样能覆盖更大测量区。

本项目基于推荐路线进行航线布置,将整个测量区分成14个分区,航向覆盖超过测量区边界线应达到五条基线以上,旁向覆盖超过测量区边界线应达到像幅50%以上。此外,考虑到测量区内地形起伏变化程度较小,即便最大高差也只有60m,所以可作一个分区实施航线设计。为解决影像倾角相对较大等实际问题,将航向和旁向的设计重叠度分别确定为80%、50%。经过以上设计,本项目无人机航测参数为:相对航高495m;最低、最高地面点高程分别为60m和120m;基准面高程90m;绝对飞行高度585m;摄影基线69.5m;航线间隔260.64m。

三、公路勘测中无人机航测流程

无人机主要按照以下流程完成航测工作,即对航测数据的实时获取:布置像控点,并对其进行测量→利用无人机实施航空航测→像控点测量与相机检校→无约束平差、网平差与内业立体测图→制作DEM与DOM→制作可视化模型→编辑航测结果数据。

(1)布置并测量像控点。基于CORS系统进行,将系统提供的各项参数为依据,将其转换成与地方坐标系对应的数据,以电子刺点的形式表示像控点,然后再现场进行对位摄影,同时将点位信息汇集成表格,以供内业加密等环节使用。

(2)相机检校。根据相机功能特点,借助空间后方交会法,基于共线方程,取像点坐标,以此为观测数值,对各项参数进行解求,如畸变系数和方位元素等。

(3)航测。根据现行技术规范的规定,结合地面分辨率,确定具体的飞行路线与航高,其中航高包含相对航高与绝对航高。然后在充分考虑航测图各项特征的基础上,根据测区范围内地形地势等基本条件,无论是航线间隔,还是曝光间隔,都视实际情况确定,因为这样能有效保证重叠度。

(4)内业加密。在区域网中进行三角测量平差之前,通过畸变纠正程序,改正原始影响畸变差,然后按要求进行平差。在实际操作中,对空三处理航线进行精确设计,在自动挑粗差点完成后,使所有点都变成同名点,并在此基础上对测区中存在漏点与否进行判断,再增加相应的连接点,确保模型之间的连接强度满足要求。上述操作均已完成,且经检查确认合格后,借助空三加密软件,开始区域网平差操作。

(5)正射影视图生成。三角测量结束后,开始获取数字高程模型,并生成相应的正射影响。借助完成三角测量的各个方位元素,通过影像匹配得到若干同名点,用于前方交会操作,以此生成呈离散状态的三维点,采用人机交互等可行的方法得到数字高程模型,最后完成正射影像生成。

(6)模型制作。根据数字高程模型表述出的地形起伏等各项要素,对影像实施三维可视化,要求影像的纹理可以真实表达实地覆盖及土地资源实际利用情况,把生成的实地正射影像数据以映射的方式传输至数字高程模型透视表面,并叠加所有类型的空间数据,如人文特征、自然特征等,以此完成虚拟化飞行,为后续公路选线等工作提供可靠数据。

(7)精度分析。进行精度分析的主要作用在于确认像控点坐标是否真实。一般需要通过两条航线来得到影像数据,再利用GPS-RTK对像控点对应的三维坐标进行加密测量。最后,在PhotoScan等专业软件的支持下,完成精度分析,确认是否达到成图标准。

无人机是一种便捷有效、经济合理,融合众多现代技术,可获取目标高分辨率影像,同时进行空间信息分析、计算的综合系统。在公路勘测过程中合理应用这一系统,能弥补传统技术方式在新时期无法适应生产需要的不足,极大地提高了公路勘测及设计工作效率,有着广阔的应用和发展前景。

参考文献:

[1]朱叶钧.浅谈智能无人机在山区农村公路设计选线中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2018(03)

[2]李建勋.无人机摄影测量技术在公路工程勘测中的应用[J].广东公路交通,2017,43(04)

[3]郑亮,董卫艳,原保成.无人机遥感在海外高速公路勘测中的应用[J].测绘通报,2017(07)

论文作者:王波

论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期

论文发表时间:2019/4/26

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