无人机航空摄影测量技术在水利工程测量中的运用

无人机航空摄影测量技术在水利工程测量中的运用

王玉芳

青海省水利水电勘测设计研究院 青海省西宁市 810000

摘要：水利工程测量中，主要采用人工实地测量和卫星遥感测量两种模式，虽然也可以为工程建设与管理运行提供必要的数据参考，但是存在明显的弊端，例如人工测量的效率低、误差大，RS测量的成本较高等。我国民用无人机的研究与开发虽然起步较晚但发展迅速，2018年我国民用无人机市场规模达到150亿元，仅次于美国。在无人机应用中，航空摄像测量是一个重要领域，但是由于水利工程规模大小、所在位置、测量精度等具体内容不同，对无人机航测的操作技术也提出了较高要求，探究无人机航测技术的操作流程和应用要点，具有重要的现实意义。

关键词：无人机；水利工程；测量技术

引言

水利工程建设需要依照纵横断面图和大比例尺地形图等开展设计与施工，因此，测量工作是水利工程建设的关键环节。通常情况下，水利工程建设的环境较为复杂，对测量技术的要求较高，传统的测量技术已经不适应当前的工作特点与要求，因此，必须对其进行创新和优化。无人机航空摄影测量技术在各个领域的测绘工程中得到了广泛的应用，能够在保障工作高效性的同时，获取精确而全面的数据，因此，受到各领域工作人员的青睐。

1无人机航摄技术概述

按飞行载体的差异，无人机低空航摄分为固定翼与多旋翼航测系统，其主要构成分为无人机载体、影像采集单元和飞行控制单元。按照既定规划的航线，依照设定的飞行高度或相机采集分辨率，进行地面建筑物与地形的快速航摄采集，将采集到的影像数据导入航摄处理软件，如Pix4D或PhotoScan等，生产数字高程模型DEM与数字正射影像DOM，采用立体测图的形式生产数字线划图成果，以满足工程建设的需求。无人机低空航摄无需人为驾驶，具有无人化、自动化的特点，且属于低空飞行，具有较高的安全性。尤其是对于地形、地貌相对复杂的测绘区域，无人机低空航摄突破了传统测绘方法在空间与时间上的限制，可以对测绘区域的每个点位进行细化深入测绘，更具典型优势。

2无人机航摄的应用优势

2.1是操作灵活，测量方便

无人机体积小、重量轻，可以搭载微型高清摄像机，人为操控对特定的目标区域进行测量，操作十分灵活方便。在飞行模式上，可以垂直升降，不需要专门场地，或是弹射架等辅助设备。根据无人机实时反馈的航测影像，如果技术人员对航测结果不满意，还可以操作无人机对局部区域进行多角度反复航测，直到获取满意影像资料或数据信息为止。另外，由于无人机小巧轻便，能耗较低，续航能力较强，目前一些主流无人机，续航能力通常在30min以上。

2.2三是数据精确，反馈速度快在水

利工程测量中，对数据结果和影像资料的精确度有较高要求，无人机搭载的高清数码相机，可以获取1:2500～1：1000之间的大比例、高精度影像资料，完全能够满足一般水利工程的建设、管理需要。另外，短距离无人机航测，还可以在摄影测量的同时，及时将测量数据、影像资料，通过无线通讯模块反馈给地面站，地面站接收信号后，利用计算机进行处理，几乎是同步导出结果，为技术人员了解水利工程所在地区的地质信息提供了参考。

2.3分辨率高

现代化科学技术的发展，为无人机低空航摄提供了更为丰富的先进设备与技术手段，在水利工程测绘中所获取到的图像信息更加精准，分辨率更高。为满足现代化水利工程测绘的需求，无人机低空航摄的机动性与灵活性得以显著提高，实现了超低空循迹飞行，使地面影像清晰度更高，为水利工程的实施提供了更高品质的测绘图像。

3无人机航空摄像测量技术在水利工程测量中的应用

3.1布置外业像控点

确定水利工程所在位置和测量区域后，进行航线规划。确定若干处需要重点测量的外业像控点，作为本次航测的重点对象。将这些像控点按照一定顺序连接起来，形成无人机的航线。尽量减少重复路线，可以节约航测时间，保证无人机在续航时间内完成航测任务。同时，还要注意做好飞行高度、转弯半径、拍摄角度等具体要素的设计，以保证无人机能够获取更加清晰的影像资料

3.2航摄

在水库建设中应用无人机航空摄影测量技术时，常使用索尼A7R，该相机能够获取质量较高的影像资料。另外，该技术结合了GPS技术，并采用2架无人机同时测量以增强测量效果[2]。无人机的合理飞行高度为724m，飞行过程中，应防止出现较大的波动；地面分辨率为0.09m，无人机的测量区域面积值为10km2。同时，具备较高的色彩饱和度，能够帮助工作人员直观地分析水库的周边情况，以制订针对性的建设方案。通常情况下，无人机的航向重叠度为75%，旁向重叠度为50%，能够满足测量工作的需求。

3.3航线规划

航线即无人机低空飞行的特定路线。在规划航线中，要全面探勘水利工程测绘区域客观环境，结合无人机性能、飞行高度、比例尺、测绘面积等参数指标综合设定，最大限度减少无人机低空飞行所遭遇的外界干扰，适当远离高压线杆、高大树木等。要设定具体的航向重叠度和旁向重叠度，尽量提高测绘目标区域覆盖率，权衡设定无人机低空飞行方向和飞行速度等。

3.4数据采集

采集相应的测量数据，也是水利工程测量工作的主要内容，其关键是保障相关信息能够全面而真实的反映水库情况，并且数据采集的精确性与全面性是决定工程建设质量的主要因素。应以无人机航空摄影信息为依据开展数据采集工作。Mapmatrix软件在立体影像模型中的应用较为广泛，能够对水库中的各地形要素进行深入解析，增强实际测量效果。另外，测量人员需要对采集的图形信息进行标注，将点、线、面信息进行有效结合，实现对地形要素的分析，并采用分层存放的形式为后续工作提供便利。当出现无法判读、判读错误或判读疑问时，应及时开展补充调查工作。

3.5数据预处理

数据预处理阶段是为了统筹整理测绘数据，提取有效数据信息，为数据解算提供必要条件。该过程需导出无人机机载设备内存卡中的测绘数据，并结合水利工程基本信息进行充分比对，构建航摄影像缩略图。剔除相对失真、模糊的数据，在充分整理航带的基础上，将无人机机载摄像设备的相对校验参数导入数据处理系统，核定平面控制网的相应坐标点，准确判断水利信息收集位置。在此基础上，再设定科学规范的高程控制网。经过处理后的数据，还需根据水利工程测量要求，检验其精度是否达到要求。评估形式分为两种，其一是模型精度评估，将所得内业数据，带入带空三模型，对比实际测得检查点的三维坐标，与空三模型中检查点的三维坐标是否相符。如果存在差异，误差是否在允许范围内。一般而言，模型精度误差在0.5m以内，都属正常范围，但是如果误差过大，则不得使用。其二是成果精度评估，以1:1200成图精度为基准线，采用人工抽检方式，将达不到该精度的数据筛选出来。

结束语

受应用技术、测绘方法、数据处理等方面的影响，无人机低空航摄在水利工程测绘中依旧存在着诸多薄弱环节，制约着水利工程测绘质量的优化提升。因此，从水利工程测绘的客观需求出发，充分遵循无人机低空航摄的基本应用规律，创新航摄应用理念，优化航摄应用流程，为提高水利工程测绘的准确性提供技术保障。

参考文献

[1]王益铭.低空无人机遥感在水利工程测绘中的应用研究[J].江西建材,2018(11):89-90.

[2]陈小龙,王海涛,董快鸽.无人机低空摄影测量技术在水利工程测量中的应用[J].陕西水利,2018(05):220-221+223.

[3]王鑫.无人机航空摄影测量技术在水利工程中的运用[J].现代物业(中旬刊),2018(09):11.

[4]殷圣云.水利枢纽工程测量中航空摄影测量与RTK技术的应用[J].建材与装饰,2018(34):287-288.

[5]谭凯婷.无人机航测技术在水利工程测量中的应用[J].黑龙江水利科技,2018,46(07):185-186+204.