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摘要：道路选线要综合考虑路线通过地区的地理位置、社会情况、自然条件和工程的难易，以及路线的性质、使用任务、等级和投资等因素。目前，用于道路选址的传统测量手段,如全站仪、GPS-RTK测量，以及传统的航空摄影测量法，测量需要投入大量人力、物力，在地形复杂、破碎、建筑密集地区测量难度大且测量周期长，进而导致工程效率低、成本高。本文将无人机航测应用于道路选线，首先介绍了无人机航测技术的系统组成，进而以和平县公白至新聚公路改造工程项目为案例，详细探讨了无人机勘测选线作业流程和技术细节。结果表明，与传统的测绘技术相比，无人机航测技术能够给道路设计的比选工作提供了可靠、直观、符合精度的工作底图。
关键词：无人机；航空摄影测量；道路选线
1.引言
道路选线是在公路规划路线的起点、行经地点、终点之间，选定一条技术上可行，经济上合理，而又能符合使用要求的公路中心线的工作[1]。道路选线要综合考虑路线通过地区的地理位置、社会情况、自然条件和工程的难易，以及路线的性质、使用任务、等级和投资等因素[2]。目前，公路带状地形图的勘察测量主要采用全站仪、GPS-RTK测量，以及传统的航空摄影测量法。全站仪测量及GPS-RTK测量需要投入大量人力、物力，在地形复杂、破碎、建筑密集地区测量难度大且测量周期长，进而导致工程效率低、成本高。传统航空测量虽然技术成熟、应用广泛，但对天气和机场条件的依赖性大、成本较高、摄影周期较长。
无人机航测可以在低云下飞行，而且不受机场条件的限制，可以有效弥补大飞机航测的不足，已经成为了快速获取地理空间信息一种新的手段[3-4]。随着低空航测技术的发展，无人机航测在公路勘测及选线辅助等方面的应用越来越普遍。本文结合我单位应用无人机航测技术实现的某等级公路的勘测及选线决策的工程实例，来对无人机摄影测量系统进行介绍，然后对无人机测量在道路选线上的技术路线进行探讨。
2.无人机航测系统简介
2.1 硬件系统
无人机航测系统主要由飞行平台、飞行控制系统、地面监控系统、任务设备、数据传输系统、发射和回收系统组成。飞行平台主要有机体、动力系统、执行机构、电气系统、起落架以及其它保证飞行平台正常工作的设备和部件。国内比较成熟的飞行平台有“垂直尾”型无人机、“双发”型无人机“倒桅尾”型无人机等，搭载高端单反数码相机，无人机飞行控制系统主要包括飞控板、惯性导航系统、GPS接收机、气压传感器、空速传感器、转速传感器等部件。主要用于无人机的导航、定位和自主飞行控制。地面监控系统主要包括无线电遥控器、监控计算机系统、地面供电系统以及监控软件等[5]。
2.2 软件系统
无人机航空摄影及影像处理比传统航测复杂很多，为保证航摄质量需进行精确航摄规划、航摄质量快速检查及影像快速预处理等，完成这些工作需配置相应的软件。精确航摄任务规划软件主要用于航摄任务规划，功能包括：设计成果统计与制图、自动/半自动航摄分区、自动航线敷设、自动调整曝光点间距、航线间距，保证立体观测重叠度指标、修改编辑曝光点、航线功能、构架航线、基站布设功能、片数、航线长度、距离等统计报告。航摄质量快速检查软件包括以下技术内容：快速浏览影像质量、检查重叠度指标、检查旋偏角指标、自动形成像片预览索引图、影像自动批量打号、输出航摄质量检查统计报表、快速检查飞行数据覆盖情况，以便决定补飞以及撤场事宜。同时直接关系到作业效率，飞行质量检查与评价。 最核心的指标是重叠度和旋偏角，必须满足航测规范的要求。
2.3 技术流程
利用无人机航测技术进行道路勘测选线的主要技术流程包括航摄影像数据的获取、像控点布设与测量、空中三角测量、正射影像图制作和最后摄影测量成果的内业数据处理及成果的应用[6-8]。整个工作流程图如下：
3.无人机航空摄影测量用于道路选线应用实例
3.1 应用背景及测区概况
在社会经济高速发展的时期，交通是经济发展的先行官，河源市的经济成就很大程度上取决于交通基础设施的发展。为了加快河源市经济发展、进一步完善公路网布局，交通基础设施的建设任务刻不容缓。和平县公白至新聚公路改造工程项目作为河源市交通基础设施建设示范项目，对改善和平县的交通基础设施、对于优化和平县的投资环境，提高农业、旅游业等产业的经济社会效益，加快社会主义新农村建设步伐都有着重要的意义。该项目所在地区地形复杂，且施工区域面积较大，常规测量方法无法按精度及时间要求完成相应勘测及辅助选线工作。且常规测量的地形图的范围具有一定的局限性，无法满足山区道路多种方案比较的要求。经过作业效率、产品质量和施工成本等多方面对比，项目选用无人机航测技术，依据航摄影像及生成的线划图等数据资料进行选线。
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图2-1：无人机航测流程图
本项目为和平县公白至新聚公路改造工程的勘测选线项目，路线呈西南往东北方向，项目起点位于公白中学附近，与Y135线相交，终点与和平县旅游公路相接，途径W221线、山燎村、柯树权，、吊狗坑、石头塘、六水塘、细坑子、长排岭等地（如图3-1）。路线全长7.57公里。
3.2无人机航测技术实施
1）无人机航空摄影数据获取
本测区采用无人机航测系统根据测区精度要求自动规划飞行航线（如图3-2），自主飞行获得测区内1:1000 地形图。测量区域为沿路线中线两侧各 1 km 宽度，形成带状区域，整个航摄面积为11.5 平方公里，航带数为10条，飞行高度设定为660m，本次飞行共获取航片897张，相机框幅大小为7360 *4912，曝光时间为1/1250秒。地面分辨率达到 9．6 cm，预设的航向重叠为80%，旁向重叠为80%。
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图3-1 项目位置影像图
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图3-2航线布设示意图
2）像控点布设
外业像控是航测的基础，也是内业成图的依据，为保证数据的准确性及测量精度，在飞行任务之前须布设像控点。由于本项目为山区带状地形，选取现场已有地物点作为像控点的可能性较小，所以本项目采用全部野外布设像控点，并利用GPS-RTK接收机或全站仪施测外业像控点，根据规范要求布设像控点应在航向及旁向六片重叠区范围内（测区周边像控点选在三片重叠处），本项目共布设58各像控点，检查点若干。像控点布设如图3-3所示，像控点在单张航片中的显示如图3-4。
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图3-3 像控点布设图 图 3-4 航片中的像控点如图
3）内业数据处理
像控点布设及测量完成，外业飞行也完成后，将无人机采集到的航飞姿态数据及影像照片用Pix4Dmapper、inpho软件、南方idata软件等进行处理。先进行连接点平差，以修正摄像点相对方位；连接点平差成功后进行立体模式下的像控点刺点如图3-5，再执行控制点平差，确定物理要素的精确测量的坐标位置，用于修正地理参考图像；最终生成1:2000数字正射影像图及数字线划图等数据成果。
4）精度分析与质量控制
成果生成完成后，在整个区域内抽样一些地物特征点及高程特征点，这些抽样点可以表示用来表示整个成果的精度。对这些特征点用GPS网络RTK模式进行平面及高程精度检测，施测平面检测点315点（均匀分布），高程检测点512点（均匀分布）。根据施测结果与无人机航测结果对比得知：平面检测中误差0.13m，高程检测中误差为0.18m。符合《城市测量规范》CJJ/T8-2011及《1:500 1:1000 1;2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》GBT 15967-2008的精度要求。
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图3-5 像控点刺点
3.3成果制图
该项目从公白中学至和平县旅游公路，路线长度约7.6km，根据道路的大致走向，可以在正射影像图设计出几条从起点至终点的线路走向，在线路中线及横断面上生成高程点，再根据几条线路周边的地形条件、考虑工程造价，考虑挖方填方，最终比选出最优道路走向方案，作为和平县公白至新聚公路改造工程的设计线路，根据该线路走向，截取该线路两侧各100米的数字线划图。最终生成选线结果以及路线上的高程点图（图3-6所示）。
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图3-6 高程点图
4.结语
无人机航测技术作为一种新型的航空遥感技术，在我国公路施工工程发展过程中具有积极的影响作用。本文通过利用无人机航测技术测绘和平县公白至新聚公路改造工程的1:2000地形图并进行了道路选线，结果表明，无人机航测技术应用于公路带状地形测绘及道路选线项目，完全可以满足公路工程前期测绘、公路工程选线、初步设计、工程预可行性研究的用途需求，相对于全外业测图和传统航测，大大提高了工作效率，并能获取丰富的图形图像资料，更给道路设计的比选工作提供了可靠、直观、符合精度的工作底图。但是，该项技术还存在无人机性能指标不能充分满足技术要求、技术流程自动化程度不够等不足，相信在未来的发展过程中，我国无人机航测技术会有很大程度的提高，相应的，我国公路中的测绘及道路选线工程也会有显著的发展与进步，这对我国整体的发展具有积极的意义。
参考文献
[1] 杨欢.浅谈公路路线选线工作的开展[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2015(15).
[2] 李红阳,王若檀.公路选线设计方法研究[J]. 工程建设与设计,2012(2):122-124.
[3] 刘先林,段福洲,宫辉力. 航空摄影科技发展成就与未来展望[J]. 前沿科学,2007(3).
[4]刘先林.摄影测量与遥感技术的最新进程[R].郑州；信息工程大学测绘学院,2006.
[5] 吴磊,金伟娜,燕樟林. 无人机摄影测量在公路选线上的应用研究[J].大坝与安全,2012(2):35-38.
[6] 张浩,王树东,杨永兴, et al.无人机航测技术在高速公路勘测及辅助选线中的应用[J]. 工程勘察,2015,43(9):90-94.
[7] 国家测绘局.低空数字航空摄影测量内业规范[M]. 测绘出版社, 2010.