傳統(tǒng)測量與無人機技術在管線測量中的應用與對比

陳 建 城

(寧夏水利水電勘測設計研究院有限公司測繪分公司，寧夏 銀川 750004)

傳統(tǒng)測量與無人機技術在管線測量中的應用與對比

陳 建 城

(寧夏水利水電勘測設計研究院有限公司測繪分公司，寧夏 銀川 750004)

通過傳統(tǒng)測量在固原地區(qū)城鄉(xiāng)水源工程的技術實施，概述了工程測量的平面和高程控制測量方法，同時應用高端智能無人機技術測繪了帶狀地形圖,并對比了傳統(tǒng)測量和無人機技術在水利縱橫斷面及地形圖測量中的應用特性和精度，指出無人機技術在管線測量中可作為傳統(tǒng)測量的補充。

管線，高程控制，無人機技術，地形圖

1 工程概況

寧夏固原地區(qū)城鄉(xiāng)水源工程位于東經(jīng)106°10′～106°30′，北緯35°20′～36°10′。其地形起伏大、山大溝深、海拔高、線路交通不便，通視條件差，測繪工作難度大。本次施測1 911 m高程引水揚水方案。該方案采用管道輸水，自涇源縣老龍?zhí)端畮靿紊献髠纫矶匆?，最后送入固原市南?管線長74 km。

經(jīng)踏勘測區(qū)內有4個國家三角點，有Ⅲ東山坡、Ⅲ劉家溝等三角點可供平面控制所用。高程控制利用測區(qū)內已有的三等以上水準點，有隴和028、隴和030等。測區(qū)內1∶1萬地形圖可用于選點、布網(wǎng)，確定管線線路走向。

2 平面控制和高程控制

測區(qū)內已有國家平面高程控制點嚴重破壞，不能滿足管線及隧洞測量需要。需布設GPS D級平面和四等水準高程控制。全線布設30個GPS D級點，編號為GSi(i=1,2,3…)。而無人機的像控點采用全野外布點,它采集的碎步點云可以生成DOM,但不能滿足于后期施工控制，故本工程的控制仍采用Trimble5800平面和精密四等高程控制測量。

2.1 平面控制

采用5臺TrimbleGPS雙頻接收機，按D級靜態(tài)法每點連續(xù)觀測1 h，采用TGO平差軟件包解算，其平差流程如圖1所示。

管線中心線采用Trimble5800 RTK方法測量，基準站架設在GPS D級點上或國家四等以上三角點上，流動站與基站的距離不得大于5 km，在流動站處于固定解時，對未知點在同一時間段內連續(xù)進行測量4次，取均數(shù)作為最終成果。不同基站應設公共點進行檢測。RTK衛(wèi)星狀態(tài)應符合表1規(guī)定。

表1 RTK衛(wèi)星狀態(tài)參數(shù)表

2.2 高程控制

四等水準線路為龍固線，編號為LGi，沿管線兩側布設四等水準節(jié)點網(wǎng)或附合線路，每3 km左右設點,四等水準采用瑞得電子手簿記錄、打印，水準線路觀測結束后進行高差和概略高程表的編算，并經(jīng)校核無誤后進行高程平差計算。其四等水準線路平差計算見表2。

表2 四等水準線路平差計算

3 縱、橫斷面測量

3.1 傳統(tǒng)的縱、橫斷面測量

斷面點高程采用全站儀和水準儀進行施測。一般地形每50 m一樁，地形變化處加樁。線路縱斷面圖采用直角坐標法繪制。橫斷面的施測采用全站儀進行，采用PDA記錄，機助成圖。橫斷面圖采用斷面成圖軟件生成。

3.2 高端智能無人機的縱、橫斷面測量

利用無人機后處理軟件,于地形圖上拾取縱橫斷面線位置,軟件自動生成斷面圖形和相應的數(shù)據(jù)文件。

綜上所述，得出關于縱橫斷面測量中，傳統(tǒng)的測量和高端智能無人機的比較，見表3。

4 地形測量

4.1 傳統(tǒng)的地形測量

采用全站儀配合電子手簿(RD-EB1)分段分組作業(yè)，每測站要進行嚴格的測站檢查；由領圖人員在現(xiàn)場隨測隨繪，并指揮鏡站(司尺)人員將棱鏡立到地形、地物的特征點、特征線上。將當天所測內容對照草圖在電子手簿或計算機上完成編碼。

表3 傳統(tǒng)測量和高端智能無人機關于縱橫斷面測量的比較

4.2 高端智能無人機的地形測量

高端智能無人機采用最新的無人機應用模式即100 Hz RTK空中自動獲取像主點,通過高精度GNSS RTK技術結合精密定時技術來確定每個曝光點的精確位置，從而使影像位置可以完全替代大量地面控制點GCP的作用。利用空三結果恢復立體模型，導入測圖軟件VirtuoZo全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)中進行測圖，生成DOM流程如：

建立測區(qū)→設置相機參數(shù)→輸入控制點→影像處理→相對定向→絕對定向→采集核線影像→基于大地坐標的數(shù)字化測圖。

綜述，得到在地形圖測繪中，二者的比較見表4。

表4 傳統(tǒng)測量和高端智能無人機關于地形圖測量的比較

5 精度對比

精度分析是制作地形圖必不可少的環(huán)節(jié),以便判定所測地形圖是否滿足國家規(guī)范要求。此次精度評定主要采用外業(yè)實測檢查點,并參考現(xiàn)有的1∶2 000地形圖。本次外業(yè)檢查點坐標的獲取采用GPS快速靜態(tài)的方式測得,每個點測兩個時段,一個時段為5 s。

1)將立體模型上測得的像控點坐標與傳統(tǒng)測量外業(yè)測得的像控點坐標進行比對，計算檢查點的中誤差，得到平面中誤差為0.3 m，高程中誤差為0.18 m。

2)在一個圖幅內選擇38個檢查點,平均誤差0.058 m，高程檢查47個點中誤差0.098 m。將實測坐標與圖上坐標對比,算出兩組坐標的較差,然后,利用點位中誤差公式算出各個檢查點的中誤差。其精度滿足《地形圖航空攝影測量內業(yè)規(guī)范》對1∶2 000地形圖的要求。其計算結果如表5所示。

表5 DOM精度檢查統(tǒng)計

6 結語

關于傳統(tǒng)測量和無人機技術應用于山區(qū)管線測繪中，主要從平面、高程控制及縱橫斷面和地形圖測繪中，得到如下結論：

1)水利工程管線測量中，需要控制點為后期的施工放樣提供基準點，且高程精度要求比較高，故傳統(tǒng)的平面和高程控制測量仍然按照國家規(guī)范進行，高端智能無人機測量僅提供相關縱橫斷面圖和地形圖測量。2)輕型高端智能無人機航空攝影測量系統(tǒng)具有運行成本低，執(zhí)行任務靈活等優(yōu)點，正逐漸成為水利管線地形圖的有益補充，成為空間數(shù)據(jù)獲取的重要工具。3)輕型高端智能無人機攝影成圖數(shù)據(jù)精度優(yōu)良，能滿足1∶2 000地形圖測繪的要求。實踐證明，無人機航測技術已經(jīng)成為一種有效的快速測繪手段，可作為傳統(tǒng)測繪手段應用的一個較好的補充。

[1] 鄭秀菊.淺析低空無人機在測繪中的應用[J].吉林農(nóng)業(yè)，2012(15)：247.

[2] GB/T 14911—2008,測繪基本術語[S].

[3] 劉寶鋒.1∶2000地形圖測繪航測作業(yè)方法探討[J].硅谷,2012(5):148-149.

[4] 徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2004：1-7.

Traditional measurement and application of Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology in the measurement of the pipeline and contrast

Chen Jiancheng

(NingxiaWaterResources&HydropowerSurveyDesign&ResearchInstitute,Yinchuan750004,China)

This paper combined with the traditional measurement technology implementation of the urban and rural water supply project in natural Guyuan region, summarizes the engineering survey of the plane and elevation control survey, high-end intelligent Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology and application of surveying and mapping banded topographic map, comparing with the traditional measurement and Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology applied in the vertical and horizontal section of water conservancy and topography measurement and accuracy analysis, put forward the Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology in the measurement of the pipeline in the make up for the traditional measurement requirements.

pipeline， elevation control， Unmanned Aerial Vehicle(UAV) technology， topographic map

1009-6825(2017)01-0218-02

2016-10-23

陳建城(1980- )，男，工程師

TU198

A