无人机倾斜摄影测量在高等级公路改扩建工程施工地形建模中的应用

前言：

高等级公路改扩建工程是适应交通流量增长、提升道路运输能力的重要举措。在工程施工过程中，地形建模是基础且关键的环节。传统的地形测量方法存在效率低、精度有限等问题。而无人机倾斜摄影测量技术作为一种新兴的测量手段，为高等级公路改扩建工程的地形建模带来了新的机遇。它能够快速获取大面积的地形数据，且数据精度较高，同时还能提供丰富的纹理信息，这对于构建精确的施工地形模型具有重要意义。

一、无人机倾斜摄影测量技术概述

1.技术原理

无人机倾斜摄影测量技术是通过在无人机上搭载多镜头传感器系统，从垂直和多个倾斜角度对目标区域进行拍摄。垂直镜头获取正射影像，倾斜镜头获取地物侧面纹理信息。通过多镜头协同工作，实现对目标区域的全方位覆盖。这种多角度的拍摄方式能够获取到更加丰富的地形和地物信息。例如，在高等级公路改扩建工程中，不仅可以准确测量道路的平面位置，还能获取道路两侧的地形起伏以及建筑物的立体结构等信息。

2.数据获取设备

无人机是数据获取的平台，其具有灵活性高、成本低等优点。在无人机上搭载的传感器主要包括高精度相机。这些相机需要具备高分辨率、大像幅等特性，以确保获取的影像数据质量。为了保证飞行安全和数据采集的准确性，无人机还配备了导航定位系统，如 GPS、惯性导航系统等。在高等级公路改扩建工程中，根据工程的规模和测量范围，可以选择合适类型和性能的无人机及传感器设备。例如，对于较长路段的测量，可以选择续航能力强、搭载高性能相机的大型无人机。

3.数据特点

无人机倾斜摄影测量所获取的数据具有高分辨率、丰富纹理信息等特点。高分辨率的影像数据能够清晰地分辨出地形的微小变化和地物的细节特征。丰富的纹理信息则有助于在地形建模时更加真实地还原地物的外观。在高等级公路改扩建工程中，这些数据特点可以准确地反映出公路沿线的地形地貌，包括山体的坡度、河流的走向以及周边建筑物的分布等，为工程设计和施工提供详细的基础资料。

二、在高等级公路改扩建工程施工地形建模中的应用过程

1.数据采集

在高等级公路改扩建工程中，数据采集是整个项目的第一步，也是确保设计与施工质量的关键环节。开展数据采集前，需根据工程范围、地形特征和精度要求科学规划无人机的飞行航线。对于直线段，可适当放宽航线间距，而对于弯道或地形复杂区域，则应加密航线，确保数据覆盖完整、无死角。飞行过程中，无人机沿预定航线稳定飞行，搭载的高精度传感器按照设定频率同步进行影像采集，获取包括正射影像和倾斜影像在内的多源数据，为后续构建高分辨率数字地面模型（DEM）和三维实景模型提供可靠基础。此外，为保障影像质量和飞行安全，作业时应综合考虑气象条件，尽量避开强风、降雨、大雾等不利天气，选择光照充足、能见度高的时段开展航飞任务，以提高数据获取效率和成果精度。

2.数据处理

采集到的数据需要经过系统化处理才能应用于高精度地形建模。数据处理流程主要包括影像预处理、空中三角测量以及点云生成等关键环节。影像预处理通过对原始影像进行辐射校正和几何校正，消除传感器误差及大气影响，从而提升影像质量与一致性。空中三角测量利用特征匹配与光束法平差计算影像的外方位元素，为后续三维重建提供精确的空间基准。

点云生成则基于多视角影像的密集匹配技术，提取目标区域的高密度三维点云数据。在高等级公路改扩建工程中，数据处理不仅要保证整体地形的准确性，还需特别关注公路线性特征的连续表达及地形起伏的平滑过渡，避免因局部失真导致设计偏差。此外，还需结合地面控制点提高成果精度，并通过滤波与分类处理去除噪声点，确保最终点云数据真实、完整地反映公路及其周边地形的实际状况。

3.地形模型构建

基于处理后的点云数据，可以高效构建高等级公路改扩建工程的地形模型。常用的建模方法包括基于三角网（TIN）的建模技术，该方法能够更真实地表达复杂地形的表面形态。在构建模型的过程中，需将公路的设计参数有机融合其中，如设计宽度、纵坡、横坡及线形要素等，确保模型与工程实际高度一致。同时，应结合周边地形特征对模型进行精细化优化，特别是在山区路段，需精准还原山体起伏、沟壑分布等地貌特征，以全面反映自然地形对线路布设和施工的影响。构建完成的三维地形模型不仅可视化效果良好，还可为路线方案比选、填挖方量计算、施工组织设计等工作提供精确的数据支撑，显著提升工程设计的科学性与合理性。

三、无人机倾斜摄影测量应用的优势与挑战

1.优势

无人机倾斜摄影测量在高等级公路改扩建工程施工地形建模中具有诸多优势。首先是效率高，相比于传统的测量方法，无人机可以快速覆盖大面积的测量区域，大大缩短了数据采集的时间。其次是精度高，其获取的数据能够满足工程施工的精度要求，特别是在地形复杂的区域。成本相对较低，无人机设备和数据处理软件的成本相较于大型测量仪器和复杂的测量工程成本较低。在高等级公路改扩建工程中，能够在保证工程质量的前提下，降低测量成本和缩短工期。

2.挑战

然而，该技术在应用过程中也面临一些挑战。一是数据处理的复杂性，无人机倾斜摄影测量获取的数据量巨大，处理这些数据需要高性能的计算机和专业的软件，并且数据处理的算法也较为复杂。二是飞行安全问题，在高等级公路改扩建工程中，施工区域可能存在复杂的电磁环境和空域管制等问题，这对无人机的安全飞行提出了挑战。三是模型精度的进一步提升，虽然目前的精度能够满足大部分工程需求，但在一些对精度要求极高的工程环节，还需要进一步提高模型的精度。

结语：

无人机倾斜摄影测量技术在高等级公路改扩建工程施工地形建模中具有不可忽视的重要性。它为工程提供了高效、高精度且成本较低的地形建模解决方案。通过其独特的技术原理和数据获取、处理及建模方式，能够快速准确地构建出工程区域的地形模型，为工程的设计、施工等环节提供丰富的基础数据。尽管在应用过程中存在数据处理复杂、飞行安全和模型精度提升等挑战，但随着技术的不断发展，这些问题有望逐步得到解决。在未来的高等级公路改扩建工程中，无人机倾斜摄影测量技术有望得到更广泛的应用，进一步提高工程的质量和效率，推动高等级公路建设事业的发展。

参考文献：

[1]娄超雨,孙艳彬,焦启航.无人机倾斜摄影测量建模技术在基坑工程量测算中的应用[J].现代工程科技,2022,1(09):101-104.

[2]孙宁.无人机倾斜摄影测量在公路改扩建施工中的应用[J/OL].中国科技期刊数据库 工业 A,2023(12)[2023-12-01].