无人机航测技术应用于公路崩滑陡峭地段测量分析_李兴华

公路交通技术2012年8月第4期TechnologyofHighwayandTransportAug．2012No．4

无人机航测技术应用于公路崩滑陡峭地段测量分析

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李兴华，罗秀兰，龚绪才

（1．昆明公路管理总段，昆明650051；2．云南交通职业技术学院，昆明650101；3．云南省测绘局，昆明650000）摘

要：近年来，随着无人机技术和数字摄影测量技术的快速发展，无人机航测技术已经成为一种有效的快速测绘

手段。介绍无人机航测数据处理的关键技术，利用无人机航测技术对公路路堤和边坡崩滑进行快速测量，获取测区为公路维护管理提供及时有效的测绘资料。的3D数字信息，

关键词：无人机航测；公路路堤；崩滑；DSM；DOM文章编号：1009－6477（2012）04－0049－05

中图分类号：U412.24

文献标识码：A

ApplicationofAerialSurveyTechnologybyUnmannedAerialVehiclein

MeasurementandAnalysisforSlumpSteepSectionsofHighways

LIXinghua1，LUOXiulan2，GONGXucai3

Abstract：Withrapiddevelopmentofunmannedaerialvehicle（UAV）

technologyanddigital

photogrammetrytechnologyinrecentyears，theaerialsurveytechnologywithUAVhasbecomeaneffectiverapidsurveyingandmappingmeans．ThispaperintroduceskeytechniquesfordataprocessingbyUAVaerialsurvey，measuresembankmentsandslopeslumpofhighwaysbymeansofUAVaerialsurveytechnologyandobtain3Ddigitalproductsfromthemeasuredareassoastoprovidetimelyandvalidsurveyingandmappingdataformaintenanceandmanagementofhighways．Keywords：UAVaerialsurvey；highwayembankment；slump；DSM；DOM近年来，无人机技术和数字摄影测量技术快速发展，使得无人机航测进入了实用化阶段。国内外已有多款无人机测绘系统投入市场，许多领域开始

［1］

使用无人机进行作业。在公路方面，无人机航测技术可用于公路勘察，尤其是大比例尺的带状地形图测绘以及公路的日常养护和地质灾害应急测绘。本文通过一个公路路堤边坡测量实例，介绍无人机测绘的主要流程及精度评定方法，检验无人机在公路工程应急测绘中的可靠性和有效性。由于地形和地质条件的制约、雨季降水多等原因，公路路堤和边坡极易发生崩滑，严重影响公路使用者的安全，因此及时了解公路路堤边坡崩滑的几何形态和崩滑的土方量对于公路的迅速修复具有关键作用。通常，崩滑发生后，由于作业设备及人员难以接近滑坡体，故采用传统的地面测绘手段费时、费力，困难很大

［2］

本文从3方面介绍无人机测绘技术：1）无人机

测绘的基本作业流程，包括数码相机检校、航线规划设计、空中三角测量、立体测图、数字地表模型（DSM）提取和正射影像（DOM）制作；2）利用测区分布的控制点检查无人机测绘精度；3）通过具体工程实例，分析无人机的应用前景。1

无人机测绘系统的特点

目前市场上满足航测要求的无人机较多，按照

［3］

有效载荷和续航时间大体上可分为以下4种。1）大型无人机：大体上可以达到有人操作飞机的效果，有效载荷和续航时间大，但价格十分昂贵，国内民用无人机航测较少使用。

2）中型无人机：有效载荷一般约20kg，续航时间约2h，飞行姿态较稳定，可以使用摄影云台等姿态稳定设备，也可以装备测量级的姿态定位系统（POS），是民用无人机航测较理想的平台，但价格也较昂贵。

3）小型无人机：飞行性能较差，姿态不稳，所获

。若采用无人机技术进行测量，则可以快速飞

临滑坡体上空，利用机载数码相机快速获取现场影

像，无需与地面目标发生直接接触，既可迅速获取测区的测绘信息，且外业作业也相对安全。

收稿日期：2012－03－05

作者简介：李兴华（1974－），男，云南省嵩明县人，本科，工程师．

50公路交通技术2012年

取的航测影像在一般的摄影测量工作站上处理困

但价格相对便宜。难，

4）超轻型无人机：一般采用三角翼来节省动有效负荷大都在1kg以内，飞行续航时间约0.5力，

h，抗风能力差，飞行姿态差，获取的影像需使用基于计算机视觉算法的摄影测量软件来处理，常规摄影测量软件不能直接处理。但这种无人机系统便宜，随着摄影测量数据处理技术的日益提高，对于小型

其具有很好的适用性。项目，

无人机航测系统除无人机本身外，一般需在飞控系统上集成卫星导航定位系统（GPS）、气压高度计、磁力计和惯导电路等导航设备以帮助其实现程

其控制无人控飞行。此外还需有地面控制站系统，

机的起飞、降落，监控无人机的程控飞行和航摄过

程。数码相机也是无人机航测的重要组成部分，对目前一般采用单反于小型无人机和超轻型无人机，

相机或者价格更为便宜的微型单反相机。此外，无人机航线规划设计软件也是无人机航测的重要组成部分

［4］

2）针对无人机像幅小﹑影像和立体模型数目

除采用最佳测图立体模型识别技术外，更多的问题，

而不是简为理想的解决方案是采用多拼相机组合，

单采用1个相机。目前中国测绘科学研究院已能提供较为成熟的解决方案。

3）高航向和旁向重叠虽然带来了影像数目过但也为空中三角测量带来更为稳定的几多的问题，

何连接关系，可提高平差解算的精度和可靠性，也为利于获取DSM和制自动地形提取带来了很大便利，作真正射影像2

［7］

。

无人机航测作业基本流程

无人机航测作业的基本流程见图1

。

。与传统航测手段相比较，无人机航测系统

［5］

具有如下优缺点。

优点

：1）影像获取快捷方便，采用普通民用

无论是无人机本身还单反相机即可。2）成本低廉，

是相机目前市场价格都较便宜，无人机大多都在10到100万元人民币左右，而相机加上光学镜头仅2万元人民币左右。3）机动性能很强，可随时随地部署到各种测绘环境中，迅速进行测绘作业。4）受天气条件限制相对较小，只要无雨，风力不大，均可飞无需专门跑道。只要有合适规行。5）飞行要求低，格的平地均可起飞，还可以弹射起飞。6）影像获取时效性强，可有效反映地面实际情况。周期短，

缺点

［5－6］

：1）小型和超轻型无人机质量小，惯

性也小，容易受风和空气气流的影响，姿态稳定性差。2）影像的畸变特别严重，尤其是像幅边缘处。3）像幅小，为了防止出现测区漏拍的情况，需要提

导致影像数目很多。4）基高比高航向和旁向重叠，

小，导致高程方向测图精度不足，立体模型数目很

多，测图时模型切换频繁，影响作业效率。为克服无人机航测系统的测绘缺点，在实际数

通常需要采用如下经过改进的数据处据后处理中，理方法

［6］

图1无人机航测作业流程

3数码相机检校

笔者使用的相机相对于量测相机，其相机镜头

且笔者对相机内方位元素并不的畸变差非常严重，

确切了解，因此有必要在实际作业实施前对相机的

内方位元素和透镜的畸变差进行检校。目前数码相机检校一般有如下2种方式

［5］

。

1）利用相机检校参数和影像增强技术，对无人

机影像作预校正处理，以消除影像畸变并突出地物特征，便于影像匹配和数据采编。

。

1）实验室检校。在室内使用具有特殊几何关

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