馬力鶴 朱彥博2 山 嵐

(1.甘肅交通職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 蘭州 730070； 2.中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

在水利水電工程建設(shè)中，實物指標調(diào)查是一項十分重要的基礎(chǔ)性工作，它主要是通過查明征地范圍內(nèi)的各種涉及對象的數(shù)量和質(zhì)量，為論證工程規(guī)模、優(yōu)化設(shè)計方案、研究工程建設(shè)對地區(qū)經(jīng)濟的影響、編制移民安置規(guī)劃、確定征地移民補償投資以及移民安置實施等提供重要依據(jù)[1]。

實物指標主要包括建設(shè)征地處理范圍內(nèi)的人口、土地、林木、建筑物、構(gòu)筑物、其他附著物、礦產(chǎn)資源、文物古跡、具有社會人文性和民族習俗性的建筑和場所等的數(shù)量、質(zhì)量、權(quán)屬和其他屬性等指標[2]。實物指標的數(shù)量直接決定了移民補償資金的多少，實物指標調(diào)查工作與移民的個人利益，庫區(qū)的社會穩(wěn)定，以及水利水電工程建設(shè)成效都息息相關(guān)。因此，做好實物指標調(diào)查工作是水電站建設(shè)順利進行的基礎(chǔ)保障[3]。

實物指標調(diào)查工作具有數(shù)據(jù)量大、種類繁多、環(huán)節(jié)復(fù)雜、受地形和政策影響大等特點。傳統(tǒng)的實物指標調(diào)查主要通過技術(shù)人員逐項調(diào)查、記錄，由于調(diào)查項目多、區(qū)域廣、組織協(xié)調(diào)復(fù)雜，導(dǎo)致調(diào)查工作成本高，周期長，數(shù)據(jù)時效性差。數(shù)據(jù)追溯性差，無法直觀展示實物指標的數(shù)量與分布，群眾認可度低。

青海省黃豐水電站移民工作中，應(yīng)用無人機傾斜攝影與三維建模技術(shù)進行實物指標調(diào)查，提高了實物指標調(diào)查的速度，解決了調(diào)查工作耗時長、難度大、數(shù)據(jù)處理困難的問題，同時，數(shù)據(jù)調(diào)用與展示更加快捷。三維建模技術(shù)形象直觀地反映了實物指標的分布與數(shù)量，可直觀地了解現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)和安置點的情況，為后續(xù)工作的順利開展奠定了基礎(chǔ)，降低了工作難度，加快了工作進度。

1 無人機傾斜攝影測量與三維建模技術(shù)

1.1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)

傾斜攝影測量技術(shù)是測繪領(lǐng)域的一項高新技術(shù)，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜共五個方位采集影像(見圖1)，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。傾斜攝影測量具有反映地物周邊真實情況、可實現(xiàn)單張影像量測、能采集建筑物側(cè)面紋理、數(shù)據(jù)量小易于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等特點[4]。

圖1 傾斜攝影測量技術(shù)

作為攝影測量手段，無人機以其經(jīng)濟、快速、便攜的特征遠遠超越了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)，利用無人機作為航空攝影平臺可以快速高效地獲取高質(zhì)量、高分辨率的影像。目前，無人機傾斜攝影測量技術(shù)已經(jīng)成為航空攝影測量的關(guān)鍵手段，被廣泛應(yīng)用于公路、交通、環(huán)保、水利、電力等諸多行業(yè)。

1.2 三維建模技術(shù)

黃豐水電站實物指標調(diào)查工作中，采用Smart3D軟件進行三維建模。Smart3D具有快速、簡單、全自動、模型效果逼真、支持多種三維數(shù)據(jù)格式和多種數(shù)據(jù)源等特點，能夠處理手機、單反相機、激光雷達等多種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。Smart3D軟件實現(xiàn)了攝影測量、3D掃描、CAD建模技術(shù)的融合使用。

2 黃豐水電站實物指標調(diào)查工作

2.1 黃豐水電站概況

黃豐水電站位于青海省境內(nèi)的黃河干流上，是黃河上游龍青段流域規(guī)劃梯級電站中的第十個梯級。電站建設(shè)征地涉及到青海省海東地區(qū)循化撒拉族自治縣和化隆回族自治縣2個縣的3個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))13個行政村[5]。建設(shè)征地范圍內(nèi)主要實物指標為：征地總面積7.50km2(陸地面積5.41km2),征收耕地2511.96畝、園地2111.71畝、林地2278.64畝；淹沒搬遷人口2326人，各類房屋面積9.32萬m2；等級公路4.20km，10kV輸電線路3.40km，電信線路34.10km；提灌站1505kW(10座)；文物古跡2處。樞紐工程建設(shè)區(qū)臨時征用園地75.15畝[5]。

2.2 實物指標調(diào)查工作中無人機傾斜攝影與三維建模的技術(shù)流程

黃豐水電站實物指標調(diào)查工作中，無人機傾斜攝影與三維建模技術(shù)流程包括傾斜影像采集、影像預(yù)處理、空三加密等環(huán)節(jié)(圖2)。

圖2 技術(shù)流程

2.2.1 無人機傾斜攝影數(shù)據(jù)采集

黃豐水電站攝影測量采用大疆-御Mavic2無人機。該款無人機自帶飛行控制平臺，2000萬像素相機，鏡頭焦距28mm，影像分辨率4K。配置有GPS和GLONASS定位系統(tǒng)，起飛重量907g，移動設(shè)備采用DJIGO4App。圖3為DJIGO4App設(shè)置界面。

野外拍攝地點選取黃豐水電站移民規(guī)劃區(qū)內(nèi)需調(diào)查的尕張村，尕張村有耕地、民居、林地等典型實物指標。

飛行前，將設(shè)備調(diào)試至最佳狀態(tài)。按規(guī)劃航線進行航空攝影。無人機飛行高度設(shè)置為60m，相機傾斜角度設(shè)置為65°～70°，旁向重疊度為60%，航向重疊度為80%。圖4為尕張村的部分影像。

圖3 DJIGO4App設(shè)置界面

圖4 尕張村部分影像

2.2.2 影像預(yù)處理

影像采集結(jié)束后，需要對獲取的航攝影像和測量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括剔除不合格影像，按照規(guī)定的格式進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、去除不完整數(shù)據(jù)等，以確保建模數(shù)據(jù)完整和像片格式正確，提高空三計算速度及精度。預(yù)處理結(jié)束后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Smart3D軟件進行相應(yīng)建模處理。

2.2.3 空中三角測量與密集點云

空中三角測量是指在立體攝影測量中，根據(jù)少量的野外控制點，在室內(nèi)進行控制點加密，求得加密點高程和平面位置的測量方法。其主要目的是為缺少野外控制點的地區(qū)測圖提供絕對定向的控制點[6]。

將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Smart3D軟件進行空三加密，軟件自動匹配生成密集點云?？杖用苓^程與點云數(shù)據(jù)見圖5，生成的密集點云效果見圖6，密集點云數(shù)據(jù)與原始照片的對應(yīng)關(guān)系見圖7。

圖5 空三加密與生成點云過程

圖6 生成的密集點云

圖7 生成的密集點云數(shù)據(jù)與原始照片的對應(yīng)關(guān)系

2.2.4 輸出模型

生成密集點云后，經(jīng)紋理貼合，Smart3D自動生成三維模型。對三維模型中的幾何缺陷，通過紋理映射進行修復(fù)后，輸出了高質(zhì)量的三維模型，更加接近指標的實際分布情況(圖8為尕張村正射影像圖，圖9為輸出的尕張村三維模型)。

圖8 尕張村正射影像圖

圖9 尕張村三維模型

3 三維模型的效果與應(yīng)用

無人機傾斜攝影與三維建模技術(shù)解決了傳統(tǒng)調(diào)查方法的時間局限性，縮短了外業(yè)調(diào)查的周期。利用傾斜攝影，獲取的多角度、全方位的影像資料，全面地反映實物指標調(diào)查的進度，極大地提高了移民實物指標調(diào)查外業(yè)工作的效率[7]。

通過拉伸、旋轉(zhuǎn)，多角度查看三維模型，未出現(xiàn)變形、模糊等現(xiàn)象。與實際地物相對比，三維模型與實際情況高度相似，能夠清晰、準確地反映實物指標的真實分布情況。

黃豐水電站實物指標調(diào)查工作中，廣泛應(yīng)用了無人機測量與三維建模技術(shù)。與傳統(tǒng)調(diào)查方法相比較，無人機攝影測量技術(shù)克服了地形、人為因素帶來的不便，降低了內(nèi)外業(yè)工作量，提高了實物指標調(diào)查工作的速度。三維建模從宏觀角度展示了調(diào)查區(qū)域內(nèi)的民居、耕地、農(nóng)作物的分布狀況等，為后期移民安置與賠償提供了可靠的數(shù)據(jù)，縮短了實物指標調(diào)查的周期，提高了數(shù)據(jù)可追溯性，當?shù)厝罕娬J可度高。

4 結(jié) 論

傳統(tǒng)的實物指標調(diào)查方法由于周期長，變數(shù)多，調(diào)查結(jié)果容易產(chǎn)生爭議和反復(fù)，降低了調(diào)查工作的效率和調(diào)查數(shù)據(jù)的可靠性，進而直接影響水電站建設(shè)的進度。

黃豐水電站移民工作中，采用無人機攝影測量與三維建模技術(shù)，進行實物指標調(diào)查工作已初顯成效。這一技術(shù)的應(yīng)用對今后水電站移民調(diào)查工作有著深遠的影響和重要的意義。

三維模型與實地相符，這一結(jié)果證明了無人機攝影測量與三維建模技術(shù)在實物指標調(diào)查工作中的可行性與有效性；無人機具有影像分辨率高、數(shù)據(jù)獲取靈活等優(yōu)點，無人機攝影測量在水電站實物指標調(diào)查工作中有很大的發(fā)展空間；黃豐水電站實物指標調(diào)查工作中無人機傾斜攝影測量與三維建模技術(shù)的應(yīng)用實踐表明，這一技術(shù)提高了調(diào)查速度，保證了數(shù)據(jù)可靠性，提高了調(diào)查成果的認可度，為下步確定移民規(guī)劃方案提供了真實有力的依據(jù)。