旋翼无人机航测在山区高速公路中的应用

　　陈红伟 侯玉平 邵帅中交一公局西北工程有限公司 河南省尧栾西高速公路建设有限公司
　　摘 要： 旋翼无人机是近年来发展迅速的一项新技术，旋翼无人机测绘1∶500,1∶1000小面积地形图(沿线路呈带状分布)能在施工前期，通过旋翼无人机采集照片，通过内业软件提取POS数据进行处理，对高速公路前期策划、路基断面复测，线路红线复核及施工过程中线路复核具有积极的意义，特别是山区公路项目，地形复杂，人工采集难度大，耗时长，危险系数高，无人机通过线路规划，分架次测绘，能在2天时间，进行12km的线路进行拍摄，大大节省了外业的时间及劳动强度。
　　关键词： 旋翼无人机;山区高速公路;节省时间;断面复核;
　　本项目位于河南山区腹地，地形复杂，其中隧道穿越2次浅埋，地形起伏大，红线复核难度大，桥梁紧邻居民区，需要对各部位相对关系进行测量，为施工提供参考，指导施工。传统航测技术成熟，应用广泛，但由于该技术对天气和机场条件依赖性大，成本较高，摄影周期长，限制限制了其在公路地形中的应用。
　　旋翼无人机是近年来发展迅速的高科技产品，随测随走，简便快捷，在精度方面也能满足同等要求，经济方面旋翼无人机成本也仅是固定翼的1/20。现将旋翼无人机测绘精度与施工精度对比，随着国内内业处理软件的日趋成熟，免相控技术及实时成图技术都飞速发展，均能提供满足施工精度的测量数据来应用于公路工程施工。   1 无人机公路项目的应用1.1 旋翼无人机测绘外业
　　旋翼无人机航线由原来单一的航点规划，kml导入，迅速发展到适合高速公路线路的航带规划，到适合山岭地区的仿地飞行，航线规划可选择性变得多元化，解决了山岭地区飞行线路规划复杂，短航程下不能快速作业的难题。
　　在开始测绘前，要对线路地形进行了解，并进行航测方案，飞行架次、旁向重叠率与航线重叠率的确定，相控点的布置数量。本次研究面积为0.2km2，采用单架次，旁向重叠率60，航向重叠率80，布设5个相控点，其中3个为已知点，2个检核点。   1.2 内业成果分析
　　(1)结果经内业处理后，计算出各相控点坐标，同时对其中2个进行校核。结果见表1。
　　表1 各相控点坐标 下载原图
　　其中1～3为已知点，4～5为检核点，检核点的平面最大误差为-4.3cm，高程最大误差为2.9cm。所测成果可靠，精度满足要求。
　　(2)通过内业处理后得到该区域DEM数据，DOM模型数据，经过处理生产三维模型，视线三维模型与二维线路的交互。   1.3 施工前期应用
　　经过内业处理得到所测区域的正射图及空三数据解决以下问题:
　　(1)红线范围内的电力，通信线路，数量及走向。
　　(2)对测区范围内的房屋，公路等级，宽度，路面类型，构造物如桥涵等均在图中显示，逐一进行排查。
　　(3)弃渣场选择，面积方量计算，改路改渠，均可在图上选线，且结果可靠，直观。
　　(4)通过设计线路展线，复核红线位置是否与实际不符。将数据使用cass展点绘制复测断面图，与设计进行对比，并补增断面。
　　(5)利用既有模型，通过DLG技术合理的绘制＂三场一站＂布置图。   1.4 施工过程中的应用
　　随着国内ppk软件对旋翼无人机的技术支持力度不断加大，航测精度不断提升。逐步应用于路基、桥梁等的复核检测。
　　(1)在路基清表结束后即可对全线路基进行原地面复测，留取模型资料，以便于后期原地面数据转化应用。
　　(2)定期通过无人机航测对路基施工进行收方，增加土石方工程量计算精度。
　　(3)检核施工完成后路基边坡是否到位，平台位置是否设置合理。线路方向的检核等。
　　(4)桥梁各部位施工过程中，通过无人机航测处理的高精度模型，对桥梁施工后的结构物进行复核检测。
　　(5)利用无人机贴近摄影技术对梁板架设进行控制测量及复核。   1.5 应用成果
　　在无人机航测应用上，主要采用了垂直摄影及垂直摄影+贴近摄影两种方法，垂直摄影主要应用于平面检测，路基土石方方量计算、复核。垂直摄影+贴近摄影主要应用于桥梁沉降观测等相对精度高的结构物。
　　(1)垂直摄影通过对航线航高，重叠率的调整及内业处理软件的适配，可为施工提供2cm分辨率的高精度模型，通过垂直摄影技术进行的弃渣场选址优势在于方量计算准确，通过对弃渣场防护形式进行调整使其与当地环境和谐共存。土石方计算复核比传统测量计算方法更快速，更精准，更加自动化。
　　(2)垂直摄影+贴近摄影的应用极大的丰富了工程测量的方法，其相对精度达到3/1000。减少了测量人员的劳动强度，减少对施工的相互干扰。   2 无人机公路测绘待解决的问题
　　(1)无人机在宽阔地带数据均能达到良好的效果，但在植被茂密的地区数据还需第三方软件计算方法优化，才能得到良好的数据结果，如图1所示:图中清表后地面得到数据结果与RTK采集结果误差满足精度要求，而树林区域所有高程均为植被表面高程，失去应用意义。
　　图1 下载原图
　　(2)无人机外业飞行人员和内业处理人员存在行业跨度，需要测量人员跨学科的融合以
　　提高无人机在测绘应用方面的技术水平。   3 结论
　　本文结合现场实际情况介绍了旋翼无人机航测在山区高速公路中的应用情况，并证明无人机航测在增加照片重叠率后满足精度要求，为公路项目实际使用提供参考。   参考文献
　　[1]  JTG C10-2007，公路勘测规范．
　　[2]  史华林．无人机航测系统在公路带状地形测量中的应用．云南:测绘通报，2014.
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