仲偉凡， 謝燦燦，周海偉

（1.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設計研究院），浙江 杭州 310020；2.浙江省水利防災減災重點實驗室，浙江 杭州 310020；3.杭州市房地產(chǎn)發(fā)展研究中心，浙江 杭州 310006）

1 問題的提出

山塘承擔著農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)民飲水、農(nóng)村環(huán)境、農(nóng)居消防等綜合功能，是山區(qū)居民賴以生存的基礎。目前由于大多數(shù)山塘管理范圍和保護范圍邊界不清、土地權(quán)屬不明，造成侵占水利工程管理與保護區(qū)域、破壞水利工程設施、與水爭地等現(xiàn)象時有發(fā)生，影響了山塘的安全運行。山塘劃界是保護山塘安全、保障山塘科學管理的重要舉措，采用傳統(tǒng)測繪方法無論是工作效率還是成果展示形式，都不能滿足當前工期要求和信息化需求[1]。無人機傾斜攝影技術(shù)作為一項新型測繪技術(shù)，具有效率高、機動靈活、實景展現(xiàn)等優(yōu)勢，將其應用于山塘劃界工作，可快速、有效地為實現(xiàn)山塘信息化、科學化管理提供基礎資料。

2 山塘劃界工作

山塘劃界主要是根據(jù)山塘所處的地質(zhì)條件、工程結(jié)構(gòu)、工程規(guī)模、安全需要和周邊土地利用狀況，對山塘劃定管理范圍和保護范圍，埋設界樁和公告牌。管理范圍為山塘建設占地以及有關(guān)工程安全、生產(chǎn)、管理和觀測設施占地的總面積；保護范圍指管理范圍以外為確保山塘安全、進行正常維護以及水資源保護所劃定的范圍[2]。山塘劃界主要工作內(nèi)容包括：

（1）前期準備工作：收集整理山塘管護范圍1:10 000及以上比例尺地形圖、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影響（DOM）；參照現(xiàn)行相關(guān)政策性文件、法律法規(guī)和工程立項審批文件等，征求山塘主管部門意見，制定劃界標準；開展地形要素測繪、基準線測定及底圖制作，基準線即劃界特征線，為管理范圍線和保護范圍線的參照基準線。

（2）劃界實施：根據(jù)制定的劃界標準及收集的相關(guān)資料，在劃界底圖上劃定管護范圍線，并在一定間隔和拐點處預布設界樁和告示牌；劃界方案送審報批；方案通過后對界樁點外業(yè)放樣測量，埋設預制的界樁、告示牌。

（3）檢查驗收：對劃界成果進行整理、檢查并提交主管部門歸檔。

3 無人機傾斜攝影技術(shù)

無人機傾斜攝影系統(tǒng)主要由飛行器、機載相機、地面控制站3部分組成，在飛行平臺上搭載的相機一般由5個鏡頭組成，能同時從1個垂直方向和4個傾斜方向獲取地物影像，全方位獲取地面完整真實的紋理信息[3]。地面控制站對無人機飛行過程進行實時監(jiān)控，同時可規(guī)劃測區(qū)航線，制定飛行計劃。該技術(shù)通過建模軟件，利用采集的地面影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)（定位與姿態(tài)數(shù)據(jù)）和地面控制點，可獲取具有真實色澤、幾何形態(tài)及細節(jié)構(gòu)成的三維模型。三維模型生產(chǎn)流程見圖1。

圖1 三維模型生產(chǎn)技術(shù)流程圖

4 工程實施

目前基于三維模型的測圖技術(shù)成為新趨勢。三維測圖技術(shù)集成三維模型、傾斜影像及地面近景影像，提供多種觀察視圖、采編工具，完成地物要素的采集編輯及屬性錄入。該技術(shù)突破傳統(tǒng)立體測圖模式，直接在實景三維模型上操作，無需佩戴立體眼鏡，可實現(xiàn)多視角自動優(yōu)選影像；采集精度高，滿足1:500測圖精度要求；該技術(shù)應用到山塘劃界工作中可大大縮短工作周期，減少外業(yè)工作。

山塘管理范圍和保護范圍劃界工作采用內(nèi)外業(yè)結(jié)合方式，即外業(yè)實測地形圖及采集三維模型數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)劃定管理范圍線和保護范圍線。具體實施分為以下3個步驟：①外業(yè)實測壩體1:500比例尺地形圖，航拍獲取山塘影像分辨率為2 cm的三維模型數(shù)據(jù)；②根據(jù)管護范圍線劃定標準，并依據(jù)收集到的其他資料，如1:2 000地形圖、山塘規(guī)劃圖等作為劃界部分依據(jù)，基于壩體1:500地形圖劃定壩體管護范圍線，基于三維模型數(shù)據(jù)劃定庫區(qū)管護范圍線，并在一定間隔和拐點處布設界址點；3制作山塘劃界成圖圖集。實施流程見圖2。

圖2 山塘劃界實施流程圖

4.1 航測數(shù)據(jù)采集

4.1.1 像控點測量及影像獲取

像控點測量工作內(nèi)容主要有：①技術(shù)方法。像片控制測量采用ZJCORS網(wǎng)絡RTK快速靜態(tài)測量技術(shù)，GPS信號弱等困難區(qū)域采用RTK結(jié)合全站儀的方式進行采集。②位置和間隔?？刂泣c應均勻分布在測區(qū)，壩體兩端必須布設像控點，同時按照50～150 m間隔均勻布設，房屋密集區(qū)適當加密。3道路紋理少、草叢繁茂的山塘，需在航飛前布設控制點并在地面做明顯標志。

影像獲取工作內(nèi)容主要有：采用無人機傾斜攝影技術(shù)進行影像獲取，影像分辨率為2 cm。對GPS信號弱等無法進行像控點測量的區(qū)域，采用無人機+PPK后差分傾斜攝影測量技術(shù)進行控制測量與影像獲取，下視航向重疊度為80%、旁向重疊度為70%。

4.1.2 模型生產(chǎn)范圍

根據(jù)山塘類型確定航攝范圍并進行航線設計，所有山塘除大壩一側(cè)，其他側(cè)面外擴50 m。大壩一側(cè)范圍為：①高壩山塘和屋頂山塘壩址下游外擴500 m。②普通山塘若100 m內(nèi)有村莊或有明顯影響的區(qū)域，壩址下游外擴500 m；若山塘附近無村莊或無明顯影響的區(qū)域，壩址下游外擴75 m（見圖3）。

4.1.3 航飛范圍

一般情況下，傾斜攝影航飛外擴范圍為飛行高度值，但鑒于山塘山體影響，以模型生產(chǎn)范圍為基準線外擴2個航飛基線。

圖3 模型生產(chǎn)及航飛范圍設計示意圖

4.2 模型生產(chǎn)

基于影像、POS數(shù)據(jù)、像控點測量成果，利用建模軟件，通過像控點關(guān)聯(lián)、空中三角測量、影像密集匹配、三角網(wǎng)構(gòu)建、影像紋理映射等流程，生產(chǎn)高精度三維模型。粗生產(chǎn)的三維模型存在模型空洞、紋理缺失等問題，需要對三維模型進行編輯和優(yōu)化，并進行大量模型修飾。以某山塘為例，像控點重投影誤差均小于1 px，空三加密滿足精度要求?？杖葓蟾嬉姳?。

表1 空三精度報告表

根據(jù)GB/T 23236——2009《數(shù)字航空攝影測量 空中三角測量規(guī)范》的要求，檢查點在山地區(qū)域平面位置中誤差最大限值0.35 m，高程中誤差最大限值0.40 m。以某山塘為例，設置10個檢查點，在三維模型中量測獲取同名點三維坐標，與實際測量值誤差見表2，空三精度滿足1:500地形圖生產(chǎn)要求。

表2 模型與實測點精度統(tǒng)計分析表 m

續(xù)表2

4.3 三維測圖

在三維模型的基礎上進行三維測圖，獲取1:500比例尺條帶地形圖，確定設計洪水位等值線，從而劃定庫區(qū)管理范圍和保護范圍（見圖4）。

圖4 實景三維測圖

5 結(jié) 語

本文以某地區(qū)山塘為例，采用無人機傾斜攝影技術(shù)和傳統(tǒng)測量方法相結(jié)合，獲取山塘實景三維模型、DOM、DSM以及地形圖，從而劃定山塘管理范圍和保護范圍邊界。結(jié)果表明，無人機傾斜攝影技術(shù)作為一項新型航空遙感技術(shù)，是傳統(tǒng)測量方法的有力補充，具有影像分辨率高、機動靈活、快速高效、成本低、成果直觀、試用范圍廣、生產(chǎn)周期短等特點，適用于山塘管理范圍和保護范圍劃界工作。