趙 青 巖

(山西路橋建設(shè)集團陽蟒高速公路有限責(zé)任公司,山西 太原 030000)

陽蟒高速公路位于太行山、中條山的銜接處，區(qū)內(nèi)地形地貌復(fù)雜，溝壑縱橫，橋隧比例高達56%，采用傳統(tǒng)方法進行地面精確測繪工作任務(wù)繁重，困難較大，周期較長。通過采用無人機航測技術(shù)，節(jié)約了時間，降低了費用，取得了良好的效果。

1 無人機航測的概念

無人機航測一般使用固定翼無人機，具有機動靈活、高效快速、精細準確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短等特點，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢，系統(tǒng)攜帶的數(shù)碼相機、數(shù)字彩色航攝相機等設(shè)備可快速獲取地表信息，獲取超高分辨率數(shù)字影像和高精度定位數(shù)據(jù)，生成DEM、三維正射影像圖、三維景觀模型、三維地表模型等二維、三維可視化數(shù)據(jù)，便于進行各類環(huán)境下應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。通過大規(guī)模信息處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能夠為各類用戶提供高質(zhì)量的定制數(shù)據(jù)處理服務(wù)，可提供4D產(chǎn)品(DOM,DLG,DEM,DRG)服務(wù)。無人機與航空攝影測量相結(jié)合使得“無人機數(shù)字低空遙感”成為航空遙感領(lǐng)域的一個嶄新發(fā)展方向，是傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補充。可廣泛應(yīng)用于國家重大工程建設(shè)、災(zāi)害應(yīng)急與處理、國土監(jiān)察、資源開發(fā)、基礎(chǔ)測繪、土地資源調(diào)查監(jiān)測、土地利用動態(tài)監(jiān)測、數(shù)字城市建設(shè)和應(yīng)急救災(zāi)測繪數(shù)據(jù)獲取等方面。

2 無人機航測工作流程

首先依據(jù)初步設(shè)計的路線走向，制作路線走向的KML文件(備注：KML是開放地理空間聯(lián)盟維護的國際標(biāo)準。可用于在地球瀏覽器、Google地球、Google地圖和谷歌手機地圖中顯示地理數(shù)據(jù)和瀏覽線路走向)。KML文件制作完成后，無人機航測系統(tǒng)依據(jù)線路走向KML文件進行飛行測量，其工作流程如下。

2.1 無人機航拍服務(wù)的業(yè)務(wù)流程

區(qū)域確定(確定航拍區(qū)域矩形四角84坐標(biāo))；現(xiàn)場勘察(飛行空域、起降場地、空中管制)；航線規(guī)劃(飛行航線、作業(yè)高度、飛行架次)；任務(wù)載荷設(shè)定(數(shù)碼影像、膠片、視頻、監(jiān)控)；簽訂合同(預(yù)付款、作業(yè)約定、驗收標(biāo)準)；執(zhí)行飛行(飛行器運輸、飛行作業(yè)、安全保障)；確驗效果(成片數(shù)量、航攝范圍、圖像質(zhì)量)；后期制作(糾偏、拼圖、配準、剪輯、輸出)。

2.2 航測過程中的關(guān)鍵注意事項

2.2.1航測任務(wù)規(guī)劃

由于陽蟒高速公路沿線地形起伏較大，而我們的航測要求成圖比例尺為1∶500，為了滿足航測精度，同時避免發(fā)生無人機撞山事故，根據(jù)地形起伏情況和預(yù)定飛行高度，我們將全線劃分為三個段落，K0+000～K17+200段相對高差約為100 m，劃分為一個架次，K17+200～K31+000段相對高差約為200 m，劃分為一個架次，K31+000～K39+093段相對高差約為500 m，劃分為一個架次。

2.2.2航測系統(tǒng)硬件選擇

陽蟒高速公路沿線自然植被豐富，森林覆蓋率達65%以上，為了確保飛行安全，我們選擇了上海華測P700E翔宇系列無人機，P700E為電動固定翼無人機系統(tǒng)，采用軍工一體化生產(chǎn)技術(shù)，上單翼V尾布局，使用雙發(fā)電動引擎，有效載荷大，續(xù)航時間長，彈射起飛，開傘降落，單架次作業(yè)面積可達35 km2,即使發(fā)生墜落事故，由于其開傘降落的方式，不會發(fā)生人員財產(chǎn)損失和火災(zāi)，其具體參數(shù)見表1。

表1 航測無人機P700E技術(shù)參數(shù)

選擇好航測設(shè)備后，還需要整個系統(tǒng)協(xié)同工作，我們采用的低空無人飛行器的測繪遙感系統(tǒng)由任務(wù)設(shè)備系統(tǒng)、地面導(dǎo)控軟件、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。

任務(wù)設(shè)備就是根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件和航測要求選擇的飛行器和航測相機型號；地面導(dǎo)控軟件則負責(zé)提供與空中載具雙向通訊完整的人機溝通界面，包含飛行影像與資料的即時顯示、各種飛行機載控制命令上傳、任務(wù)規(guī)劃(MissionPlan)、飛行控制(FlightControl)及歸航(PlayBack)等3項涵蓋飛行前、中、后的操作功能。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)整合GoogleEarth，具體產(chǎn)品包括：Pips空三云軟件、Pips測圖云軟件、Pips正射影像云軟件、Pips并行云管理器軟件、影像預(yù)處理、勻光勻色、單片正攝、生成DEM等?？商峁┰敿毿l(wèi)星地圖及地形地貌，且包含道路、橋梁、建筑物、河流、山區(qū)等各式資訊。

2.2.3航測成果的具體技術(shù)要求

我們提出的具體技術(shù)要求涵蓋了設(shè)備硬件、飛行條件、精度要求，以及國家有關(guān)標(biāo)準。航測圖幅比例要求為1∶500比例尺的地形圖；采用華測P700E飛機掛載NikonD810相機；相對飛行高度：250 m；測區(qū)大小要求約0.4個平方公里重疊：航內(nèi)85%，航間65%；實際坐標(biāo)為：WGS84坐標(biāo)；精度控制要求為像控點個數(shù)10個，像控點間距為測區(qū)外圍最大控制點間距間隔500 m。

質(zhì)量要求為所獲取影像為真彩色數(shù)字影像，航片色彩均衡一致，影像明亮度、飽和度、對比度良好；按5 cm地面分辨率進行技術(shù)設(shè)計；航線按圖廓中心線敷設(shè)，像對之間幾何無縫接邊、自然，航向、旁向重疊度滿足要求；圖幅之間的幾何接邊、灰度接邊要基本保持一致；航片傾角不大于5°，最大不超過12°，數(shù)碼相機旋偏角不大于15°；數(shù)據(jù)格式滿足要求。

3 航測應(yīng)用的經(jīng)濟技術(shù)優(yōu)勢

3.1 保留原地貌高清影像，避免搶栽搶種，利于優(yōu)化設(shè)計

1∶500的高清彩色正射影像圖清晰反映了路線沿線的地面附著物情況，施工圖設(shè)計完成批復(fù)后，我們及時發(fā)出通告，廣而告之，有效避免了搶栽搶種等違規(guī)現(xiàn)象。應(yīng)用無人機航測成果可以與原設(shè)計單位提供的全野外數(shù)字化地形測繪成果進行相互校核，便于進一步優(yōu)化設(shè)計。

3.2 精確進行工程量計算復(fù)核

清表完成后，無人機搭載激光雷達掃描設(shè)備，對全線進行航測，即可生成點云數(shù)據(jù)，將沿線500 m幅寬內(nèi)原地貌數(shù)字化，該數(shù)字化的地面模型，可進行挖填方土石方工程量的精確測定，迅速準確。

3.3 節(jié)約了測繪時間

傳統(tǒng)航測手段無法獲得彩色高清地圖，且審批困難，周期在3個月以上。我們采用無人機航測方案，僅用2 d時間就完成了長40 km，寬度為1 000 m的帶狀高清彩色地圖測繪任務(wù)，且審批手續(xù)簡便，不受航空管制影響。

3.4 節(jié)約了測繪費用

采用傳統(tǒng)航測方法，需要費用近200萬元，采用無人機航測方法費用僅20萬元左右。

4 結(jié)語

航測是傳統(tǒng)地面測繪的有力補充，在陽蟒高速公路建設(shè)中取得了一些成功的應(yīng)用，但是在公路工程施工過程中由于存在大量的隱蔽工程、水下工程或者被樹木遮蓋區(qū)域，所以傳統(tǒng)的實地勘察工作仍然是必要的。

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