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发布时间：2018-10-22 16:49所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
下面文章详细阐述了基于无人机技术的交通线路设计阶段的基础地理信息数据获取技术流程，以山西省太原市万柏林区的DEM数据为例，进行了桥隧设计中水文分析的河网提取与流域划分。该研究为推动交通领域测绘技术现代化提供了有益的探索，对线路工程的设计者、施
下面文章详细阐述了基于无人机技术的交通线路设计阶段的基础地理信息数据获取技术流程，以山西省太原市万柏林区的DEM数据为例，进行了桥隧设计中水文分析的河网提取与流域划分。该研究为推动交通领域测绘技术现代化提供了有益的探索，对线路工程的设计者、施工者和测量者均具有一定的参考意义。
关键词：测绘,测绘现代化,基础地理信息数据,线路工程
近些年，测绘科学技术的发展极其迅速，以3S技术，即遥感(RemoteSensing，RS)、全球定位系统(GlobalPositionSystem，GPS)和地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)为支撑，无人机低空遥感系统、三维激光扫描系统、全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)连续运行参考站网络、似大地水准面精化等极大地改变了传统的测绘模式。在线路工程建设中，规划设计阶段所需要的地形图已演变为对4D产品和三维可视化的需求。无人机作为当前快速获取这些基础数据的主要技术手段逐渐被引入应用，结果表明，其所测地形图和正射影像图精度满足生产要求[1-4]。
这些工作，对快速获取数字线划地图(DigitalLineGraphic，DLG)，数字正射影像图(DigitalOrthophotoMap，DOM)和数字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)提供了技术参考，而基于DEM的水文分析则为线路工程中的桥隧规划设计提供了更直观的底图，科技工作人员对此进行了有益的实践，取得了一定的成果[5-8]。
1基础地理信息数据获取
在线路工程初设阶段以及详细设计阶段，均需借助大比例尺地形图对方案进行调整与细化。采用常规测量方法效率低下，经费与人力投入大;采用有人机航空摄影测量在时间上不灵活，难以满足设计的需要。目前，基于无人机低空数字摄影测量系统的线路工程基础地理信息数据获取已经逐渐成为主流技术，其主要技术内容包括像片控制点测量、空三加密、DEM制作、DOM制作等方面。
1)像片控制点测量。
像片控制点布设与测量是进行航空摄影测量内业加密与地形图测制的依据，同时，像片控制点测量也是影响地形图成图精度的主要因素。像片控制点通常按照区域网布点的要求进行布设，一般布设在航向及旁向6片或5片重叠范围内。传统的像片控制点测量采用全站仪、GPS测量方法进行，但随着省级连续运行参考站的建设与投入使用，目前主要采用连续运行(卫星定位服务)参考站(ContinuouslyOperatingReferenceStations，CORS)网支持完成像控点测量工作。
2)空三加密。
空三加密采用全数字摄影测量系统进行，数据平差模型为光束法区域网平差。空三加密的基本作业流程包括6个方面：一是准备工作，包括资料的收集与分析，并进行加密分区的划分。资料收集主要是指收集航摄资料、控制测量成果等;对收集的资料进行分析，根据测区地形和航飞情况划分加密分区。二是畸变差改正。根据航摄相机检校参数对原始无人机航片进行畸变差改正，为空三加密做准备。三是内定向。利用航摄仪鉴定资料，获取数字航摄仪的焦距、像素大小、像素行数与列数等参数数据，进行数字影像的内定向。
四是相对定向。进行全自动匹配点相对定向，相对定向应满足相应规范要求：模型连接平面位置较差ΔS≤0.06×m×10-3，m;高程较差ΔZ≤0.04×m×f×10-3/b，m。其中，m为像片比例尺分母;f为航摄仪焦距，mm;b为像片基线长度，mm。相对定向完成后，对相对定向精度进行检查。检查合格后，进入下一步工序;如检查不合格，分析原因，重新进行相对定向，直到相对定向精度满足规范要求。五是绝对定向。利用外业测量控制点资料，对各空三加密测区做绝对定向，空三加密精度应满足低空规范精度要求。六是质量检查。在确定绝对定向精度要求后，进行下一步工序，如误差较大或者出现粗差的现象，则分析原因，对空三加密成果进行相应调整，以满足下一步工序制作需求。
3)数字高程模型(DEM)制作。
DEM制作和生产按照常规作业模式进行，首先在立体模型中采集地形的特征点与特征线，构建起地形地貌的特征骨架，主要采集地形特征线(山脊线、山谷线、坡脚线)、断裂线、山顶点、格网点等;其次导入地形散点;最后结合采集数据和地形散点，综合生成DEM。基本作业流程包括6个方面：一是参数设置;二是相关矢量数据量测，包括等高线与高程注记点、特征点线量测、岸线(水涯线);三是构造不规则三角网(TriangulatedIrregularNetwork，TIN)，内插DEM;四是DEM检查编辑;五是图幅DEM接边裁切;六是对DEM数据进行裁切，完成标准分幅数据。
4)数字正射影像图(DOM)制作。
DOM制作基于空三加密成果和正射影像用的DEM成果，进行正射纠正、影像色彩调整、镶嵌和影像裁切，得到最终的DOM成果。基本作业流程包括2个方面：一是正射纠正。利用已制作好DEM数据、空三加密成果和影像数据进行影像重采样，完成影像的微分纠正，生成单模型数字正射影像。对于影像扭曲、变形的区域而言，应对DEM数据进行编辑。单片纠正采用逐片纠正的方法，尽量使用像片的中心区域，并确保减小高大建筑物的投影差。二是正射影像色彩调整和镶嵌。计算两幅相邻航空影像生成的正射影像重叠区域的差值，生成两幅待拼接正射影像重叠区域的差值图像，高出地面的地物或者成像颜色差异大的区域会在差值图像上以较亮的灰度特征表现出来。
2基于DEM的河网提取与流域划分
线路上桥梁的设计需要考虑河谷的水流量，而这与区域的水网有关。沟壑密度是描述某个区域内地表被水流切割后所表现的破碎程度的定量表达，用单位面积内的水系总长度来表示。根据沟壑密度的定义可知，要确定区域的沟壑密度就需要知道该区域的河网分布。而确定了河网分布后，又可以据此划分出区域内的流域。通常情况下，一个区域的沟壑密度越大，则表明该区域的地表越破碎。因此，河网的提取在水土保持和水土流失的研究中具有重要的现实意义;而流域面积的确定对于区域水库建设、淤地坝建设、线路工程中的桥梁建设等具有重要的意义。
基于DEM进行河网提取、流域划分是水文分析的基本内容，其主要步骤如下：检查数据是否存在洼地，如有则需要进行填充处理，得到无洼地的DEM数据;进而做流向分析，得到流水累积量;按照给定的条件，划分河段、提取河流网络和对河流分级。利用流水累积量捕捉汇流点，进而自动提取流域，具体操作过程可参考文献[9]。以山西省太原市万柏林区的DEM数据为例进行河网与流域提取实验。
太原市万柏林区总面积为296.976km2，经河网提取结果统计，区内沟谷总长度为743.424km，从而可得万柏林区沟壑密度为2.503km/km2。结果表明：万柏林区地形破碎，沟谷发达，水系丰富，线路工程通过时应重点考虑潜在的地质灾害威胁。
3结束语
线路工程从设计到施工，再到竣工运营，基础地理信息数据是其重要的基础数据之一，可以为选线设计、详细设计、土方量计算、施工控制网设计、变形监测网设计等提供支撑。目前，基础地理信息数据获取主要采用低空数字摄影测量技术进行。
本文针对低空无人机数字摄影测量系统在线路工程中对基础地理信息数据的获取，给出了具体的技术步骤，对线路工程建设中的测绘工作先进化进行了有益的探索。同时基于DEM数据，采用GIS平台进行了河网与流域提取实践，以沟壑密度表述了线路工程通过区的地形破碎情况，对线路工程选线工作提供了科学的数据支撑，对线路工程的设计者、施工者和测量者均具有一定的参考意义。
参考文献：
[1]何敬,李永树,徐京华,等.无人机影像制作大比例尺地形图试验分析[J].测绘通报,2009(8):24-27.
[2]杨瑞奇,孙健,张勇.基于无人机数字航摄系统的快速测绘[J].遥感信息,2010(3):108-111.
[3]王志豪,刘萍.无人机航摄系统大比例尺测图试验分析[J].测绘通报,2011(7):18-20.
[4]何敬,李永树,鲁恒,等.无人机影像地图制作实验研究[J].国土资源遥感,2011(4):74-77.
[5]李俊,汤国安,张婷,等.利用DEM提取陕北黄土高原沟谷网络的汇流阈值研究[J].水土保持通报,2007,27(2):75-78.
[6]原立峰,周启刚.基于DEM的流域水文特征提取方法研究[J].人民黄河,2006,28(5):20-21.
[7]张秀平,许小华,钟发牯,等.基于DEM的鄱阳湖区沟谷网络提取及沟壑密度分析[J].江西线路科技,2011,37(2):83-86.
[8]毛新虎.矿山地质环境变异系统分析研究——以太原西山矿区为例[D].西安:长安大学,2007.
[9]梁科.基于SRTM数据的流域水系提取与三维可视化[D].长沙:中南大学,2008.
相关测绘类学报阅读：《测绘学报》(国内统一连续出版物号：CN 11-2089/P，月刊)创刊于1957年，是中国科学技术协会最早创办的77种自然科学刊物之一，为EI核心收录期刊。现由中国科学技术协会主管、中国测绘地理信息学会主办。作为反映我国测绘地理信息科技最高发展水平的国家级综合性学术刊物。
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