航空摄影测量技术在公路勘测中的应用

引言 利用航空摄影测量技术勘测公路是公路勘测现代化的方法之一，它对加快测设速度、提高测设质量、革新测设手段是一种行之有效的勘测方法。 1 航空摄影测量技术在公路勘测中的应用背景 1.1 应用优势 （1）无人机航测技术成果主要指标能够满足公路勘测核查与验收的需要。利用高像素数码相机以及GPSRTK技术测绘得到的像控点，结合功能强大的后期处理软件，使得正射影像图空间分辨率和平面位置中误差能够达到1：2000比例尺地形图测绘精度的要求，满足公路勘测项目测绘的需要。若无人机降低拍摄高度，提高数码相机像素，影像图分辨率将还提高，从而进一步提高航测精度。无人机航测成果可以与全野外数字化地形测绘成果进行相互校核。 （2）能直观反映公路勘测项目的实施成果。在较高分辨率的正射影像图中，平整工程、道路工程、水利工程等完成情况清晰可见，既可缩小影像图了解项目全貌，也可放大影像图着重检查单体工程的具体情况。 （3）为公路勘测核查验收组高效工作提供了新的手段。由于是为项目核查与验收提供相关依据，航测后只需要制作正射影像图，节省了制作数字线划图所需的大量时间，使得整个航测内外业时间与通常所需时间基本相同，但通过影像图不仅可以为核查验收组迅速确定实地抽查地块提供参考，而且为内业量取新增耕地面积、测算硬化道路和沟渠长度、统计泵房和水池数量等提供了可能，检查验收工作质量大幅提高。 （4）能准确判断出新增耕地面积等关键数据是否真实。利用高分辨率正射影像中地类、地物界线与实施单位提供的竣工图、新增耕地图进行叠加对比，可以较容易地判断出新增耕地图中新增耕地范围线是否准确，通过进一步量算可以得出新增耕地的差值。 1.2 局限性 （1）无人机对起降场地有一定要求。降落场地需50m×30m平整区域，且空域良好。如果受验项目区处于地形复杂的山区或树木、建筑、电力线较多的区域，则选择起降场地将增加一定难度。除采用弹射装置起飞外，还可考虑降落伞回收无人机或直接使用旋翼无人机来降低对起降场地的要求。另外，能见度、风力和空中管制等因素也对无人机航测带来一定影响。 （2）内业处理需一定时间，对计算机硬件要求较高。本次航测飞行一个架次，飞行高度300m，拍摄约3km2共计510张照片，测绘像控点6个，导入计算机自动处理成正射影像图约需5h。若提升航拍高度将提高航拍效率，减少航拍单位土地面积的像片数量，减少内业处理时间，但同时会损失航测精度。因此，内业处理需要高速CPU、大内存的高性能计算机来完成。 （3）对公路勘测项目的航测并不能完全替代传统的实地勘察工作。如硬化工程的质量细节、隐蔽工程与水下工程的实施情况，通过影像图无法较好地识别，仍需派员实地勘察。 2 航测数据采集与公路勘测一体化 2.1 传统公路勘测方法存在的问题 长期以来，公路勘测主要采用模拟图解的方法测绘大比例尺地形图，然后从图中读取或用数字化仪采集地形数据进行初步设计；施工图设计阶段，则根据初步设计中已定好的平面线形，通过野外实测路线纵、横断面高程进行设计。传统的测设方法，外业、内业这两部分被分割成有一定关系的两个相互独立的设计过程，这主要带来两方面的问题：①这种传统的数据采集方式，中间环节多、精度损失大、出错率高、效率低、费时费力，往往是影响设计周期的重要因素；②公路建设质量的好坏、投资多少、效益高低主要取决于设计方案的优劣。最佳路线方案是必须通过大量的方案比选才能得到的，由于每变动一次路线方案，按常规的作法就必须重新做一次数据采集工作，因此很难做到同等设计深度的、真正的多方案比选，因此也很难以得到最佳设计方案。传统的公路勘测方法已严重地制约了公路CAD的发展和完善，影响了公路设计水平和效益的提高。 2.2 基于航测数模技术的公路勘测一体化系统 采用航测手段采集的地形原始数据是进行路线设计的基本数据。该数据质量的好坏，精度的高低，直接影响到设计成果的质量，也是影响航测数模技术用于公路路线施工图设计的关键所在。在地形数目有效获取的基础上建立沿公路走向的带状数字地面模型，从而可快速、准确地为公路设计提供所需的一切地形资料。 航测数模技术在公路勘测中的应用，是将航测、数模与路线CAD紧密结合成一个有机的整体，形成覆盖数据采集与处理、路线初步设计、路线施工图设计到输出设计文件的路线设计全过程的一体化系统。其主要目的就是充分利用航测成图时可附带记录的地形图测图数据建立数字地面模型，进行公路初步设计和施工图设计，以尽可能减少野外测量工作，提高设计效率和设计质量。 在沿公路走向的带状数字地面模型建立的基础上，只要路线的平面线形一确定，便可由数模快速内插出该路线的纵、横断面的地面线数据，配合路线CAD系统快速完成该路线的设计。在初步设计阶段，路线多方案比选是一项重要任务，按常规的方法设计，当路线方案变动时，必须重新做从地形图上读取纵横断面地面线的工作，工作量大，设计周期长，设计费用增高，因而很难实现真正的多方案比选。在这方面，公路勘测一体化设计方法具有明显的优势，每变动路线平面线形，系统便可快速完成设计，而且完成的每个设计，均是同精度、同深度的。它可使设计人员在不须重新作数据采集的情况下，比较所有可能的平面线形，并通过直接由数字地面模型与路线设计成果自动产生的带地面景观的三维道路工程模型，能准确、客观地反映道路修建后的真实情况，设计人员可通过从线形设计指标、工程量大小、线形景观、道路与地形环境的配合与协调等多角度全面、客观评价路线设计成果，从而找出最佳设计方案。这对工程费用的降低，设计周期的缩短，设计质量的提高具有重要的意义。 3 航空摄影测量技术在公路勘测中的应用实例分析 3.1 研究区概况 某一该勘测公路工程地处山脉区域，山地、丘陵、盆地交错，海拔在170～310m。研究区属于低丘岗地项目的一部分，位于项目区南端，面积约3km2。该区域包括已改造的梯田、开发的新增耕地、农村道路与居民点、坑塘、林地等典型地类，具有一定的代表性。 3.2 外业作业情况 作业当日天气晴朗，能见度较高，风力约3级，适宜航拍。利用无人机地面操控手簿将无人机航高设定为300m，航向重叠度80%，旁向重叠度75%。完成系统设置及起飞准备工作时间约需1h。无人机起飞后按照既定的路线进行航拍，历时大约37min，航摄约3km2，总计拍摄510张照片。整个航拍过程自动完成，无需地面人员干预。外业组在航飞区域内借助项目区竣工图抵达满足像控点布设要求的地点，选取明显地物点进行测绘，并尽量使像控点均匀分布在航飞区域。6个像控点的野外实地选取与RTK测量，花费时间约1.5h。外业测量结束后，内业将像控点和所拍照片导入TBC软件，经约5h的影像自动处理后，制作完成了该低丘岗地项目区3km2区域的1：2000正射影像图。内业、外业整个过程仅需要2～3名专业工作人员。 3.3 内业数据比较 利用本次低丘岗地改造项目区无人机正射影像图，能较容易识别出不同的地类与线状地物。经与全野外数字测量的竣工图、新增耕地图套合叠加，掌握2者的吻合程度，分析差异原因。从图1可以清晰地看到，经过公路勘测，项目区面貌一新，施工条件得到极大改善。影像上的田坎线（绿色为田坎线）、道路（红色为生产道路线）、地类界与全野外数字测量竣工图高度吻合，说明正射影像图精度较高，满足核查与验收对测绘精度的要求。 将比例尺1：2000的图1局部放大至比例尺1：500，可以清晰地看到各田块耕种情况以及配套水池和路面行驶的拖土货车，如图2所示。 图1 截取示意图 图2 截取放大示意图 4 结束语 本文介绍了航测在公路设计中的作业过程，以及航测数据采集与公路勘测的有关知识，给航测在公路设计中的作用和应用提供了依据。

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