无人机摄影测量技术在公路工程勘测中的应用

王力伟 陈天幸

摘 要：目前，我国主要应用无人机航测技术与数字航空摄影相结合的方式进行测绘，作为航空摄影领域一个新的发展趋势，无人机航测技术相对于传统的测绘技术，在获取遥感数据和影像资料的方面，比以往的以卫星、大飞机、人工全站仪等设备更具有机动性、灵活性等优点。而在实际工作中为了确保公路质量，构建完善的辅助设施，施工单位在勘测与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，无人机摄影测量技术为公路勘测以及选线决策工作能提高强有力的提供数据支持。

关键词：无人机;摄影测量技术;公路工程勘测;应用

1 无人机摄影测量技术在公路工程勘测中的优势

1.1 受天气和场地影响小、安全性

一方面对于无人机基本上不存在空域限制的问题，无人机在不下雨且风力不至于过大的情况下就能顺利起飞进行测量工作，同时不需要专业跑道，只需用普通的平地即可开始工作。另一方面无人机测量具有较高的安全性，在气候恶劣的环境下以及各种复杂地形的状况下都能够避免对驾驶员的伤害，因此，无人机测量技术可以应对风险较高的任务，同时让更少的人员参与到危险的测量当中，保证工作人员的人身安全。

1.2 快速高效

利用无人机摄影测量技术可以非常快速高效的获得所需的测绘影像， 而且其所使用的設备简单，在条件简陋的情况之下，民用的单反相机也可用在摄影测量之上。

1.3 机动灵活且运行成本低

在公路工程勘测工作中，无人机测量所占用体积非常之小，并且其操作较为简单为灵活，同时由于无人机的体积较小的原因，使得其在起飞和降落时并需要专门设置的跑道进行配合，且便于存储和携带。因此，使得其的使用更加的方便、灵活，同时减少运行的成本[1]。

2 无人机摄影测量技术的应用解析

2.1 无人机摄影测量技术概述

顾名思义，无人机摄影测量技术是一种使用无人机设备进行空中定点摄影，进而实现工程现场数据勘测和地质地理特征测绘的一种技术。无人机从机场起飞，控制室里的操作人员通过遥测遥感技术进行远程操控，指挥无人机飞抵目标区域上空完成地质地理数据采集任务，并回传给远程控制室进行数据整理和分析。

2.2 无人机的系统构成及分类

无论形态大小和功能异同，所有的无人机系统均由以下四个硬件子系统组成：远程遥感-控制系统、机上飞行控制系统、远程控制系统（中心），信号收发系统。远程遥感-控制系统和远程控制系统（中心）用以实现无人机的远程遥控，机上飞行控制系统用于解析远程遥控人员的飞行指令并予以实施，信号收发系统则用于即时数据的传输。除了以上的硬件设备，无人机还有相应的软件组成部分，以完成无人机飞控信号的处理并实现远程通信和遥测功能[2]。

无人机按照有效载荷区分又可以分为以下四种类型：重型无人机、中型无人机、轻型无人机和超轻型无人机。重型无人机的有效载荷最大， 可以装载更大容量的电池和更大的地质数据测量设备。更大的电池意味着更远的飞行半径，更长时间的续航，同时可以搭载更多或者更为精密的设备，完成数据的全面、高精度测量和收集工作。但重型无人机由于价格最为昂贵所以应用并不十分广泛。中型无人机的有效载荷虽然比重型无人机的略低，但已经能够满足绝大部分公路工程勘测的使用需求，加之中型无人机的飞行状态和云台工作状态都较为稳定，所以一直以来都是公路工程勘测工作的首选机型。轻型无人机则由于整机的整备质量较小，在飞行过程中容易受到空气紊流的干扰，导致无人机飞行姿态控制的困难以及云台工作稳定性的欠缺，严重时甚至会影响测量数据的精度，但凭借其低廉的价格，也得到了不少对测量数据精度要求不是很严格的勘测工程的青睐。超轻型无人机拥有最低的有效载荷和最小最灵活的无人机机体，虽然测量数据精度不高，采集的图样清晰度也较低，但因其较低的起降场地需求和灵活多变的使用场景，仍然成为了小型公路勘测工程的首选[3]。

2.3 无人机的摄影测量技术解析

无人机的摄影测量技术按照技术迭代和发展阶段可以分为模拟信号解析和数字信号解析两种形式。模拟信号解析起源较早，根据摄影采集的现场图片通过可见光的形式，由数据分析人员手工进行GPS数值定位和地质地理特征绘制，不仅工程效率低下，而且通过人工界定的方式容易造成测量数据产生较大程度的偏差，严重影响勘测工程质量，因此，现在模拟信号解析技术已逐步被工程勘测行业所淘汰。而一九九二年在国际摄影测量大会上出现的数字摄影测量处理系统，直接把无人机的摄影测量技术从落后的模拟时代提升到了数字化时代。数字信号解析技术通过专用图像识别软件，对无人机采集的带有GPS阵列信息的图片，经过图片降噪、边缘抗锯齿和图像增强等技术，对图片进行预处理，而后通过图像识别软件提取地质地理关键图形或像素，最后使用软件拼接形成数字化正射投影图像数据。

3 无人机摄影测量技术测量流程及方法

3.1 布设像控点位

首先以连续运行卫星定位参考站提供的参数信息为依据，然后将其做适当转化，使之转变为相匹配的坐标系数据，并利用电子刺点在坐标系中标示出像控点位，最后借助无人机到现场实地勘测，将拍摄获得的数据信息以表格的形式记录，从而为后续数据转化奠定基础。

3.2 校对相机

根据相机的功能特征，应用空间后方交会的方法，对布设像控点位的实际坐标信息进行提取，并以此作为观测到的数据值。

3.3 开始摄影测量

开始摄影测量后，主要依据当前测绘行业内执行的技术规范，将地面分辨率指标作为参照。首先，对无人机的飞行路线、飞行速度、飞行高程等进行设置;其次，根据无人机拍摄到的航测图展开实际分析，结合现场勘测区域的地形环境;最后，对摄影曝光间隔、摄影角度等进行设置，从而有效保证无人机摄影拍摄的有效性[1]。

3.4 生成正射影像

无人机在完成三角测量后，根据对应的数字高程模型，生成与之相匹配的正射影像。通过无人机三角测量中不同位置拍摄所获得的数据信息， 形成多个同名位点，借助获取的数据信息，将其融入对应的处理软件中， 从而能够顺利构建出所需要的数字高程模型，生成正射影像。

3.5 制作模型

根据得到的高程模型对无人机勘测到的数据信息进行精确阐述，以便对现实场景进行精准的三维化处理，使最终构建模型能够清楚反映现场地形条件。利用映射的方式将正射影像数据信息传导至高程模型的透视表面，然后通过对应的计算机软件对所获取的各种空间数据进行整合处理， 能够获得更为准确可靠的数据信息，从而为后期工程项目施工建设提供参考依据[2]。

4 结束语

综上所述，随着我国公路工程勘测技术的日益发展，无人机智能摄影测量技术凭借自身高时效、高精度、高机动性和低使用需求等优点，成为了现今公路工程勘测工作实施方案的一个重要补充。牢牢把握无人机摄影测量技术的应用核心和关键点，落实无人机摄影测量的应用策略，必将为广大施工技术人员高效完成公路工程勘测工作提供强有力的保障。

参考文献：

[1] 徐海锋.无人机摄影测量技术在公路工程勘测中的应用[J].中国新技术新产品，2020，（7）：22-23.

[2] 何辉.无人机航空摄影测量技术在水利工程中的运用思考[J].工程建设与设计，2020，（2）：259-260.

[3] 刘铭扬，李红梅，孙炜.倾斜摄影测量技术在高海拔公路测量中的应用[J].路基工程，2020，（3）：192-196.