譚君

（四川中水成勘院測繪工程有限責(zé)任公司 四川成都 610072）

水電工程測繪中無人機低空攝影測量技術(shù)應(yīng)用

譚君

（四川中水成勘院測繪工程有限責(zé)任公司 四川成都 610072）

水電工程建設(shè)有著工期緊、路徑短的特征。為深入的了解水電工程，就需要對其進行拍攝，無人機航空攝影測量技術(shù)是近年來興起的一種新型測繪技術(shù)，將無人機航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用在水電工程測量中能夠減少對人力、物力、財力的浪費，也能夠保證拍攝圖像的客觀性、真實性以及準(zhǔn)確性，與傳統(tǒng)的測量方式相比，無人機航空攝影測量技術(shù)有著全天時、全天候、低成本等優(yōu)勢，能夠快捷的獲取到所需的圖像，有效的提升生產(chǎn)效率，降低工作人員的勞動強度，本文主要分析無人機航空攝影測量技術(shù)在水電工程測量中的應(yīng)用。

無人機航空攝影測量技術(shù)；水電工程測量；應(yīng)用

引言

在我國科技水平的發(fā)展之下，水電工程的建設(shè)水平也得到了迅速的提高，水電工程建設(shè)力度越來越大，除跨區(qū)域電網(wǎng)以及特高壓電網(wǎng)之外，大多數(shù)發(fā)電廠的規(guī)模都相對偏小，因此，其建設(shè)也有著工期緊、路徑短的特征。為深入的了解水電工程，就需要對其進行拍攝，如果采用傳統(tǒng)的拍攝手段，不僅拍攝成本高、風(fēng)險大，手續(xù)也十分的繁雜，而采用無人機航空攝影測量技術(shù)就能夠很好的解決以上的問題。

1 無人機航空攝影測量技術(shù)介紹

無人機航空攝影測量系統(tǒng)包括兩個部分，即硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)。其中，硬件系統(tǒng)分為機載系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩個模塊；軟件系統(tǒng)又包含航線設(shè)計、遠程監(jiān)控、飛行控制、數(shù)據(jù)預(yù)處理、航攝檢查等5個主要的系統(tǒng)。該系統(tǒng)已經(jīng)形成了一整套適時快速的工作機制，各個系統(tǒng)配合緊密，其中該系統(tǒng)的動力系統(tǒng)主要采用燃油系統(tǒng)或電動裝置。航空攝影測量系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的重要組成部分，成為實現(xiàn)任務(wù)要求的技術(shù)指標(biāo)并實現(xiàn)完整覆蓋的關(guān)鍵因素。無人機航空攝影測量系統(tǒng)融合了多種先進的技術(shù)類型，因而表現(xiàn)出了很多應(yīng)用優(yōu)勢。主要有體積小、重量輕、精度高、反應(yīng)迅速、飛行條件低、操控系統(tǒng)穩(wěn)定性強，無人機航攝不受航高限制，成像質(zhì)量、精度高，無人飛機靈活性強，幾乎不存在受限區(qū)（除國家禁飛區(qū)外）等技術(shù)特點。同時相比傳統(tǒng)高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)一般會面臨兩個問題：①數(shù)據(jù)時效性差、周期長；②隨時拍攝可以得到最新的影像。無人機航拍則可以很好地解決這一難題，工作組可隨時出發(fā)，隨時拍攝。

2 水電工程測繪中無人機低空攝影測量技術(shù)的攝影流程

2.1 外業(yè)像控點布設(shè)

像片控制點測量采用區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方案，在照片拍攝之前進行實地選點布控制標(biāo)志和航拍后明顯地物點相片刺點的方法。在水利工程中，像控點基本上是分布在沿河道附近的公路邊，或者地勢空曠處，考慮的淹沒的情況，一般在地勢空曠的地方或者耕地集中處設(shè)置多一點像控點，對于田間工程等區(qū)域的點一般為平均分布。

2.2 航空攝影

在航線網(wǎng)布點的時候要注意，務(wù)必使航線首尾末端上下的控制點設(shè)置一條直線上，此直線通過主點而且和航線方向垂直，這樣可以保證上下點在同一立體相對位置內(nèi)。通過攝影區(qū)域來設(shè)計航線，使測量區(qū)域有重疊（航向重疊度一般為60～70%），旁向的重疊度為30～50%。選擇無風(fēng)、云霧少、大氣透明度好天氣進行攝影。

2.3 立體測圖

在VIRTUOZO平臺上進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集，像對定向元素直接由加密成果導(dǎo)入測圖工作站，數(shù)據(jù)采集以成圖的模型為單位進行，每一幅圖存放一個文件，文件名與圖幅編號一致，擴展名為XYZ，然后經(jīng)轉(zhuǎn)換程序直接轉(zhuǎn)成DWG數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集由內(nèi)業(yè)作業(yè)人員根據(jù)航攝像片上的信息和參照可用的輔助材料，在MAPMATRIX軟件下，通過立體影像模型對地形要素進行判讀。要素實體以點、線、面以及注記方式進行圖形采集、分層存放。外業(yè)對室內(nèi)判讀有誤、判讀過程中有疑問和無法判讀的地形要素進行補充調(diào)查。

2.5 調(diào)繪

采用綜合判讀調(diào)繪法，也就是先室內(nèi)判讀調(diào)繪、后野外檢核、調(diào)查和定性，最后室內(nèi)清繪整飾的方法。調(diào)繪的內(nèi)容包括：居民地、獨立地物、道路及附屬設(shè)施、管線及垣柵、水系及附屬設(shè)施、植被等。

2.6 外業(yè)高程采集

無人機航測成圖平面精度可以滿足工程項目要求，但是高程精度較低，不能滿足要求，外業(yè)用RTKGPS、全站儀實測高程，考慮到測區(qū)部分區(qū)域植被覆蓋較為嚴(yán)重，在外業(yè)測繪過程中還應(yīng)清除部分灌木等植被，加密測量部分高程點。

3 無人機航空攝影測量成果介紹

無人機航空攝影測量成果可以提供滿足用戶需要的4D（DLG、DEM、DOM、DRG）產(chǎn)品。①數(shù)字線劃地圖（DLG）是現(xiàn)有地形圖上基礎(chǔ)地理要素的矢量數(shù)據(jù)集，且保存要素間空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息。數(shù)據(jù)格式有DWG、DXF、E00、DGN，常用軟件有 GEOWAY、AUTOCAD、ARCINFO；②數(shù)字高程模型（DEM）是在高斯投影平面上規(guī)則格網(wǎng)點坐標(biāo)（X，Y，Z）的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)格式有BIL、VIRTUOZO、TXT，常用軟件有VIRTUOZO、ARCINFO、GEOTIN；③數(shù)字正射影像圖（簡稱DOM）是利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空相片經(jīng)逐象元糾正，再按影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍裁剪生成的影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式有TIFF，GEOTIFF，常用軟件有VIRTUOZO、GEOWAY；④數(shù)字柵格地圖（DRG）是紙質(zhì)地形圖的數(shù)字化產(chǎn)品。在內(nèi)容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格文件。數(shù)據(jù)格式有壓縮索引TIFF，GEOTIFF，常用軟件有VIRTUOZO、GEOWAY。

無人機航空攝影測量面臨的問題及解決方案無人機航測技術(shù)已應(yīng)用于飛劍潭水庫、梅湖景區(qū)、峽江水利樞紐等各種水利項目之中。在生產(chǎn)應(yīng)用中，一線工作者深刻體會到了無人機航測技術(shù)的快速、輕便、高效等優(yōu)點，同時也發(fā)現(xiàn)無人機航測成果平面精度較好而高程精度偏低的問題。水利項目高程精度要求高，常規(guī)的水庫工程建設(shè)中都是用全站儀或者RTKGPS測量地形圖，這些方法可以保證測量點平面和高程精度，但是要耗費大量的人力、物力和時間。為減少勞動成本，提高工作效率，保證測量點精度，應(yīng)做到以下幾點：①提升無人機的性能，增加抗風(fēng)能力；②盡量選在天氣能見度好，風(fēng)力弱的時候航拍；③采用無人機航空攝影測量技術(shù)獲取平面位置，RTKGPS測量技術(shù)采集點高程，二者結(jié)合后生成數(shù)字化地形地類圖（DLG）。

4 項目應(yīng)用實踐

4.1 工程概況

井山水庫位于撫河流域東鄉(xiāng)河南港支流黎圩水上游，地處江西省撫州市東鄉(xiāng)縣黎圩鎮(zhèn)內(nèi)，壩址位于南港址區(qū)距黎圩鎮(zhèn)約5km，距東鄉(xiāng)縣縣城約25km，控制流域面積25.2km2，正常蓄水位83.00m（黃海高程，下同），總庫容2250×104m3，是一座灌溉、供水等綜合效益的中型水利樞紐工程。2.2外業(yè)測量2.2.1航攝航攝儀采用SONYA7R，焦距35mm，相幅大小為：7360×4192，像元分辨率為4.88μm。本次無人機航攝分兩個架次進行，由GPS領(lǐng)航數(shù)據(jù)計算相對飛行高度為724m，地面分辨率為0.09m，航攝面積約10km2。兩個架次飛行質(zhì)量和影像良好，影像清晰度較高，且照片色彩均勻，飽和度良好，能夠表達真實的地物信息，可以滿足1：2000成圖要求。本次飛行航向重疊度為75%，旁向重疊度為50%。無人機航空攝影測量現(xiàn)場。

4.2 像控測量

像控點的布設(shè)應(yīng)能夠有效控制成圖的范圍，測區(qū)的四周及中心位置必須布設(shè)控制點，根據(jù)測區(qū)的情況，每個測區(qū)布設(shè)控制點不少于20個，且都設(shè)置為平高點。此次像控點的布設(shè)及測量主要遵循以下原則：①像控點選在線狀地物的交叉點、明顯地物拐角頂點處、影像大于0.2mm點狀地物中心，交角良好。②像控點所在位置高程變化不大，像控點刺點目標(biāo)的影像必須清晰、明顯。③滿足GPS觀測的要求：點位上便于安置接收設(shè)備和操作，對空視野開闊，周圍無大的水面無較大遮擋。④觀測后要拍攝照片遠、近景各一張，方便后續(xù)空三糾正工序準(zhǔn)確量測。

5 無人機低空航攝測量在水電測繪領(lǐng)域中的運用前景

在我國的城市建設(shè)或者部分有關(guān)公共安全、應(yīng)急的事件，包括了解自然災(zāi)害的相關(guān)狀況，做好災(zāi)害后期的處理工作等等，可以利用無人機低空航攝測繪技術(shù)處理。另一方面，在對地形、地貌勘測也需要使用到無人機低空航攝測繪技術(shù)。因此，這種測量技術(shù)會應(yīng)用到各種領(lǐng)域、各種單位，對于掌握和推廣無人機低空航攝測繪技術(shù)是非常有必要的。特別是對水電工程的低空攝影，有著十分顯著的優(yōu)勢。因此，促進我國的無人機低空航攝測繪技術(shù)是目前以及日后社會高科技技術(shù)發(fā)展的一個重要的突破口，只有提升測繪技術(shù)、提升遙感技術(shù)才能夠為我國提供更多更好建設(shè)。所以我國的無人機低空航攝測繪技術(shù)在未來依然有很大的發(fā)展前景的，同時也有很好的現(xiàn)實意義。

6 結(jié)束語

總而言之，將無人機航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用在水電工程測量中能夠減少對人力、物力、財力的浪費，也能夠保證拍攝圖像的客觀性、真實性以及準(zhǔn)確性，與傳統(tǒng)的測量方式相比，無人機航空攝影測量技術(shù)有著全天時、全天候、低成本等優(yōu)勢，能夠快捷的獲取到所需的圖像，有效的提升生產(chǎn)效率，降低工作人員的勞動強度。此外，采用該種方式進行拍攝也有著成本低廉、測量速度快的優(yōu)勢，拍攝的圖像也可以應(yīng)用在不同的領(lǐng)域之中，國內(nèi)外的種種實踐均表明，無人機航空攝影測量技術(shù)是值得在水電工程中進行推廣與使用的。

[1]孫朝陽，鄭彥春，徐秀云.無人機航空攝影測量技術(shù)在風(fēng)能開發(fā)勘測方面的應(yīng)用[J].水電勘測設(shè)計，2015（05）.

[2]韓文軍，雷遠華，周學(xué)文.無人機航測技術(shù)及其在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用探討[J].水電勘測設(shè)計，2015（03）.

[3]孫朝陽，鄭彥春，徐秀云.無人機航空攝影測量技術(shù)在風(fēng)能開發(fā)勘測方面的應(yīng)用[J].水電勘測設(shè)計，2013（05）.

TM604

A

1004-7344（2016）25-0179-02

2016-8-20

譚 君（1971-），女，高級工程師，本科，主要從事測繪內(nèi)業(yè)工作。