何雄

（遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 遵義 563002）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，航空攝影測(cè)量和遙感技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在實(shí)際測(cè)量中使用較多，在水利工程測(cè)量中發(fā)揮了重要的應(yīng)用。

遵義為典型貴州高山區(qū)地形，區(qū)域內(nèi)河流密布，流域廣泛，跨度大。采用傳統(tǒng)的測(cè)量手段，以現(xiàn)有的人力物力在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成相應(yīng)的測(cè)量工作。依照河長(zhǎng)制的技術(shù)要求和工期要求，積極探索、應(yīng)用先進(jìn)、高效，并且符合要求的低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，做好河道劃界確權(quán)前期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)，具有十分重要的意義。

1 航空攝影測(cè)量

航空攝影測(cè)量是由飛機(jī)、衛(wèi)星等飛行器搭載傳感器從空中拍攝的照片，配合拍攝時(shí)飛行器自帶的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，獲取POS信息，結(jié)合地面控制點(diǎn)，經(jīng)內(nèi)業(yè)處理后生產(chǎn)數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字正射影像圖（DOM）和數(shù)字柵格地圖（DRG）。

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行器技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)攝影測(cè)量先輩們不斷摸索，創(chuàng)造出了一種新型的無(wú)人機(jī)搭載單反相機(jī)的低空無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)，使得航空攝影測(cè)量不再依賴笨重而又昂貴的航攝儀。

低空無(wú)人機(jī)航空攝影一般都是輕小型無(wú)人機(jī)搭載重量約為500g的單反相機(jī)進(jìn)行低空飛行，按技術(shù)要求拍攝像片，結(jié)合飛機(jī)自帶的實(shí)時(shí)差分系統(tǒng)或者后差分系統(tǒng)在拍攝瞬間記錄的無(wú)人機(jī)位置姿態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)位置校準(zhǔn)到像片后，形成像片的姿態(tài)參數(shù)pos，兩種數(shù)據(jù)形成完整的航空攝影測(cè)量原數(shù)據(jù)。

這種低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)于很多區(qū)域也不需要嚴(yán)格的空域限制，而且飛行高度一般都在1km以內(nèi)，起飛場(chǎng)地要求簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，對(duì)于很多緊急情況能及時(shí)相應(yīng)作出調(diào)整，在實(shí)際應(yīng)用中非常靈活，這就使低空無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量迅速普及大眾化，得到各個(gè)測(cè)繪單位的廣泛青睞。

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量相對(duì)于傳統(tǒng)工程測(cè)量的優(yōu)勢(shì)在于：①起降靈活方便，攜帶方便，對(duì)周圍環(huán)境和天氣要求不高。一般而言，空中范圍附近無(wú)障礙的平坦地面足以自由起降。②可以低空飛行，提高運(yùn)行效率，讓用戶快速地完成所需的結(jié)果，與傳統(tǒng)的工程勘察相比，現(xiàn)場(chǎng)人員的投入顯著減少。③可以快速獲取高分辨率數(shù)據(jù)。通過(guò)配備的單反相機(jī)通過(guò)低空飛行獲取準(zhǔn)確直觀的地面信息。低空攝影照片的分辨率可以達(dá)到3cm的超高分辨率數(shù)字圖像，這是常規(guī)測(cè)量無(wú)法達(dá)到的。④無(wú)人機(jī)與千尋RTK結(jié)合。利用無(wú)人機(jī)搭載的實(shí)時(shí)差分或后差分系統(tǒng)快速靈活獲取像片位置姿態(tài)數(shù)據(jù)，高精度的位置姿態(tài)參數(shù)在一定的飛行條件下能夠做到區(qū)域內(nèi)1∶2000地形圖免像控，部分區(qū)域需要結(jié)合千尋RTK捕捉少量影像控制點(diǎn)的平面和高程信息，聯(lián)合平差，保證航拍區(qū)域內(nèi)的測(cè)量精度。

2 河湖劃界主要內(nèi)容

河湖劃界工程量大，工期短，需要確定實(shí)際控制范圍，必須將界樁埋設(shè)在測(cè)量位置，才能起到劃界作用。根據(jù)河湖界線的要求和指南，傳統(tǒng)的測(cè)量手段不能滿足劃界工作對(duì)于工期及多樣性成果數(shù)據(jù)的要求。無(wú)人機(jī)航測(cè)作為新型的航攝手段，可以快速的完成劃界工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)，提高整體效率。

根據(jù)河湖劃界的工作內(nèi)容要求，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量主要任務(wù)包括以下幾點(diǎn)：①優(yōu)于20cm地面分辨率正射影像圖；②間距≤500m的像控?cái)?shù)據(jù)；③1∶2000數(shù)字地形圖；④河湖水岸線及自然天然斷面數(shù)據(jù)；

3 河湖確權(quán)作業(yè)流程

以遵義市匯川區(qū)仁江河河道劃界項(xiàng)目為例，仁江河全長(zhǎng)45km，南北走向，流域范圍內(nèi)有高山、旱地、稻田、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、水庫(kù)，地形復(fù)雜，高低差異較大，海拔在800～1300m。為貴州比較典型的地形地貌。

3.1 數(shù)碼航攝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，分段對(duì)流域進(jìn)行航拍，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況起飛高度不低于300m，航向重疊設(shè)置為80%，側(cè)邊重疊設(shè)置為70%。對(duì)于山林地段，為保證飛行安全，飛行高度選擇比最高點(diǎn)高150m進(jìn)行飛行；鄉(xiāng)鎮(zhèn)地段對(duì)精度要求較高，地勢(shì)開(kāi)闊的地段采用恒高飛行，地勢(shì)狹窄的地方采用變高飛行。

3.2 控制測(cè)量

項(xiàng)目平面坐標(biāo)以CGCS2000國(guó)家坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，高程選用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。首級(jí)控制網(wǎng)使用當(dāng)?shù)貒?guó)土資源局提供的3個(gè)GPS-C級(jí)控制點(diǎn)作為啟動(dòng)數(shù)據(jù)，采用GPS靜態(tài)采集全段均勻布設(shè)4對(duì)GNSS四等首級(jí)控制網(wǎng)，在首級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上同等加密控制網(wǎng)。

高程控制采用四等GNSS擬合高程，在解算軟件中加入地球重力場(chǎng)模型EGM2008進(jìn)行擬合解算。

以上數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使用RTK及千尋系統(tǒng)，校正控制網(wǎng)坐標(biāo)后，對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行像控點(diǎn)采集。全測(cè)區(qū)每隔600m河流兩邊做一對(duì)象控點(diǎn)，在無(wú)法施測(cè)地區(qū)采集高程點(diǎn)，保證全區(qū)域控制均勻。

3.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

將影像數(shù)據(jù)和pos數(shù)據(jù)導(dǎo)入godwork（空中三角測(cè)量軟件），進(jìn)行一鍵空三，提取連接點(diǎn)，完成pos平差，導(dǎo)入控制點(diǎn)，刺完點(diǎn)后，進(jìn)行控制網(wǎng)平差，檢查符合精度要求后，導(dǎo)出測(cè)圖成果。

3.4 成果制作

3.4.1 立體維測(cè)圖

將空三成果導(dǎo)入mapmatrix中建立測(cè)圖工程，在立體環(huán)境下，按照1∶2000地形圖圖式規(guī)范完成測(cè)區(qū)內(nèi)全要素地形地貌采集。檢查無(wú)誤后，輸出最終成果。

3.4.2 正射影像圖制作

將空三成果導(dǎo)入pix4d完成正射影像圖制作及DSM數(shù)據(jù)。

3.5 成果應(yīng)用

將測(cè)得的1∶2000地形圖和正射影像圖作為河湖劃界的工作底圖，根據(jù)要求在工作底圖上劃定河流管理范圍線，布設(shè)等距邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)的界址，外業(yè)埋設(shè)界樁，根據(jù)工作底圖中提取的邊界點(diǎn)坐標(biāo)控制邊界線。界樁和實(shí)測(cè)坐標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)，將反饋的外業(yè)坐標(biāo)重新布設(shè)在內(nèi)業(yè)范圍邊線上，根據(jù)最終外業(yè)的邊界坐標(biāo)修改地圖上控制區(qū)域的邊界。

4 工程應(yīng)用亮點(diǎn)

4.1 變高飛行

河湖劃界工作主要是在有河流的地方，多為山谷地區(qū)，對(duì)于航攝要求很高。對(duì)于需要進(jìn)行DLG采集的航攝一般需要測(cè)區(qū)內(nèi)航高一致，且相鄰測(cè)區(qū)航高變化≤50m，如果嚴(yán)格按照要求執(zhí)行，則在很多支流區(qū)域，為了保證航攝要求，必須將整個(gè)測(cè)區(qū)細(xì)化成很多個(gè)小區(qū)，這樣劃分將極大的降低航拍效率，加大數(shù)據(jù)量，也增加了不少內(nèi)業(yè)工作量。

在實(shí)際作業(yè)中，利用飛馬D2000自帶的變高飛行功能，在確定測(cè)區(qū)無(wú)高壓電桿電線的情況下，延河溝設(shè)計(jì)兩條航線，進(jìn)行變高飛行，極大的提高了飛行效率，節(jié)省了飛行時(shí)間，也減少了數(shù)據(jù)量，提高了內(nèi)業(yè)效率。

4.2 免像控技術(shù)

經(jīng)測(cè)試，項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)，飛馬D2000的實(shí)時(shí)差分技術(shù)搭配40mm鏡頭，在航飛高度不超過(guò)500m時(shí)，特別是在變高飛行的情況下，精度滿足1∶2000地形圖作業(yè)要求。這種方式能極大的節(jié)省外業(yè)控制時(shí)間，特別是在山林地區(qū)，很多地方無(wú)法采集像控?cái)?shù)據(jù)，這種作業(yè)方式同樣能夠保證成圖精度。

4.3 DSM應(yīng)用

在項(xiàng)目非常緊急的情況下，來(lái)不及成圖?？梢允褂肞IX4D軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配計(jì)算，得到正射影像圖的同時(shí)，輸出DSM成果。利用EPS2020地理信息工作站傾斜攝影三位測(cè)圖系統(tǒng)的垂直攝影功能，加載DSM，可以將PIX4D生成的彩色點(diǎn)云，導(dǎo)入軟件，利用三維界面，在點(diǎn)云上進(jìn)行斷面測(cè)量，及岸線規(guī)劃和界樁點(diǎn)布設(shè)。這種方式極大節(jié)省了過(guò)程數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過(guò)程，DSM精度高，也滿足規(guī)劃要求，與后期成圖后的精度一致，可以作為最終成果應(yīng)用，而且該模式的DSM接近實(shí)景三維的效果，對(duì)于規(guī)劃人員更加真實(shí)，接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，規(guī)劃布設(shè)精度更高。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在河湖劃界工程，特別是一些新型技術(shù)、成果應(yīng)用方式，與傳統(tǒng)測(cè)量方式相比，可以極大的節(jié)省人力物力，能有效提高河湖測(cè)量項(xiàng)目的工作效率，降低實(shí)地勘察工作風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)使用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量結(jié)果繪制的地形圖，精度完全滿足1∶2000大比例尺測(cè)繪的要求，這也保證了河湖劃界的準(zhǔn)確性。