楊坤

（黔西南州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州 黔西南 562400）

0 引言

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代信息化高速發(fā)展的產(chǎn)物，集成了多項(xiàng)高新技術(shù)，具有快速性、機(jī)動(dòng)性和靈活性等優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前水利水電工程建設(shè)中有著十分廣泛的應(yīng)用。無人機(jī)搭載著高分辨率的攝像機(jī)，同時(shí)還可以搭載不同類型的傳感器，可以獲得實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確且高質(zhì)量的測(cè)繪數(shù)據(jù)，為水利水電工程測(cè)繪工作提供了真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)信息，全面保證了設(shè)計(jì)方案和施工方案的科學(xué)性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

1 無人機(jī)航測(cè)外業(yè)流程

無人機(jī)為攝影注入了新的活力，開拓了新的視角。通過在無人機(jī)上安裝小型攝像機(jī)，徹底突破了傳統(tǒng)拍攝的局限性。在無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的支撐下，完全打破了傳統(tǒng)拍攝工作中的障礙，輕松實(shí)現(xiàn)了跨越地理空間、人為屏障等局限，不僅提高了攝影效率，而且降低了工作人員的危險(xiǎn)系數(shù)。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)有著獨(dú)特的視角，可以排梳很多垂直正射鏡頭，在拍攝過程中，還可以自主躲避障礙，且支持自動(dòng)跟隨，大大降低了飛行拍攝的難度，安全性和精準(zhǔn)度得以顯著提升。更重要的是，拍攝成本低廉。在開展水利水電工程測(cè)繪工作時(shí)，想要充分發(fā)揮無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，離不開良好拍攝環(huán)境的支撐，因而有必要做好全面的準(zhǔn)備工作，包括拍攝時(shí)間的制定、選擇合理飛行路線、明確拍攝位置等內(nèi)容，以確保無人機(jī)航測(cè)作業(yè)高質(zhì)量、高效率開展。

相較于傳統(tǒng)測(cè)量方式，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，尤其在控點(diǎn)布設(shè)方面，可以全面解決人工誤差問題。無人機(jī)航測(cè)外業(yè)流程具體為[1]：①根據(jù)測(cè)量工作的實(shí)際要求，明確比例尺的規(guī)格。②合理應(yīng)用Google Earth 軟件，該軟件的作用在于可以快速準(zhǔn)確的鎖定具體測(cè)量位置。在此基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)控制點(diǎn)位置進(jìn)行合理布設(shè)。③在設(shè)置布控點(diǎn)配置時(shí)，為了保證測(cè)量工作質(zhì)量符合實(shí)際要求，應(yīng)對(duì)測(cè)量環(huán)境的地理?xiàng)l件進(jìn)行綜合全面的分析，從而選擇適合的測(cè)量方法，以獲得理想的測(cè)量目標(biāo)?，F(xiàn)階段，常用的測(cè)量方法有導(dǎo)線測(cè)量、RIK 測(cè)量、空中三角測(cè)量、GPS 靜態(tài)測(cè)量，具體測(cè)量方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性及科學(xué)性。④在設(shè)計(jì)飛行路線時(shí)，為了保證飛行航線的合理性及科學(xué)性，需要綜合考慮多種影響因素，如飛行路程、航向重疊度、飛行高度等。在具體測(cè)量工作中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量環(huán)境，合理調(diào)節(jié)無人機(jī)攝像頭的焦距。同時(shí)，通過科學(xué)檢驗(yàn)以及精密計(jì)算，合理設(shè)置相關(guān)參數(shù)，確保將無人機(jī)航測(cè)成圖的精準(zhǔn)度控制在預(yù)期范圍內(nèi)。

2 無人機(jī)航測(cè)內(nèi)業(yè)處理

2.1 數(shù)據(jù)采集

無人機(jī)內(nèi)部設(shè)置存儲(chǔ)卡，可以將測(cè)量到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)保存，然而這些原始數(shù)據(jù)不可以直接應(yīng)用，需要經(jīng)過加工處理后方可使用。因?yàn)樵谡麄€(gè)航測(cè)過程中，無人機(jī)收集到許多無關(guān)緊要的信息數(shù)據(jù)，需要將沒有利用價(jià)值的信息數(shù)據(jù)刪除，才能得到具有針對(duì)性的重要信息數(shù)據(jù)，如偏旋角度、航向傾角等，從而為水利水電工程測(cè)量工作提供既可靠又科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。因此，當(dāng)無人機(jī)航測(cè)工作結(jié)束之后，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)導(dǎo)出儲(chǔ)存在內(nèi)存卡中的信息數(shù)據(jù)，利用專業(yè)的處理軟件，對(duì)航拍位置和影像等重要信息進(jìn)行處理。然后通過整理和對(duì)比收集到的影像數(shù)據(jù)信息，便可以呈現(xiàn)出清晰具體的地理圖像縮略圖，為設(shè)計(jì)人員提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 解算數(shù)據(jù)

通常情況下，解算收集到的航測(cè)數(shù)據(jù)，總共分為4個(gè)步驟，即新建項(xiàng)目、添加控制點(diǎn)、處理數(shù)據(jù)和導(dǎo)出數(shù)據(jù)。具體來說，利用DAT Matrix 軟件，導(dǎo)入航測(cè)圖像數(shù)據(jù)，在相應(yīng)位置建立坐標(biāo)，確保無人機(jī)航測(cè)收集到的數(shù)據(jù)圖像與POS 數(shù)據(jù)高度匹配[2]。之后利用計(jì)算技術(shù)，對(duì)這些匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次優(yōu)化。不僅如此，為了對(duì)空中區(qū)域位置進(jìn)行有效標(biāo)記，還需要將具體文件以及布局?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入控制點(diǎn)編輯器中。另外，利用局部處理系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整圖像控制點(diǎn)的具體位置，通過對(duì)局部信息進(jìn)行有效處理，便可以獲得高精度的圖像控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。

2.3 其他數(shù)據(jù)計(jì)算方法

單歷元計(jì)算法是一種全新的數(shù)據(jù)解決方法，為無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用拓展了新思路。該計(jì)算方法的實(shí)施主要分為5 個(gè)步驟：①通過靈活運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)手段，使GPS 點(diǎn)與實(shí)際坐標(biāo)位置更加貼近，同時(shí)最大限度減少坐標(biāo)點(diǎn)定位的誤差（上下浮動(dòng)必須在2m 以內(nèi)）。②合理選擇衛(wèi)星星座，通常選擇幾何形狀最好、PODP 值最小的衛(wèi)星。另外，使用雙差分方程來計(jì)算衛(wèi)星的具體坐標(biāo)。③為了組建一個(gè)科學(xué)合理的模糊搜索空間，獲得衛(wèi)星具體的坐標(biāo)位置之后，需要對(duì)所有模糊函數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，然后合理選擇計(jì)算結(jié)果。④模糊搜索空間建立完成之后，采用最小二乘估計(jì)法和雙差分方程計(jì)算殘差平方和。⑤使用F 檢驗(yàn)，明確最終的數(shù)據(jù)模糊度。

3 立體測(cè)圖和DEM、DOM 的生成研究

3.1 立體測(cè)圖的研究

在立體測(cè)圖方面，主要是運(yùn)用了全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站。該工作站主要負(fù)責(zé)業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)信息的采集，通過合理運(yùn)用加密材料，實(shí)現(xiàn)測(cè)區(qū)數(shù)據(jù)的恢復(fù)。與此同時(shí)，在自動(dòng)相對(duì)定向的作用下，各模型會(huì)重現(xiàn)定向以形成核線。這樣一來，可以將無人機(jī)航測(cè)采集到的信息數(shù)據(jù)以成圖模型呈現(xiàn)，且各模型都存放在單獨(dú)的文件中，通過相應(yīng)程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為CASS 形式的數(shù)據(jù)。

3.2 DEM 與DOM 生成

通過調(diào)整色彩和糾正影像等步驟，便可以生成DOM。通過EPT 模塊，合理運(yùn)用已經(jīng)完成的參考影像，并對(duì)影像色彩進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。與此同時(shí)，裁切圖幅以及影像的鑲嵌等作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)一次性全自動(dòng)完成。

4 無人機(jī)航測(cè)在水利水電工程中的具體應(yīng)用

4.1 在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

傳統(tǒng)航空測(cè)量技術(shù)靈活性不強(qiáng)，很容易受復(fù)雜氣候的影響，導(dǎo)致圖像清晰度不盡人意。衛(wèi)星遙感技術(shù)時(shí)效性不高，在測(cè)量過程中容易受到諸多因素限制，為了獲得更加準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，需要反復(fù)監(jiān)測(cè)和測(cè)量，難以滿足現(xiàn)代水利水電工程多元化的測(cè)繪需求[3]。與傳統(tǒng)航空測(cè)量技術(shù)相比，無人機(jī)航測(cè)成圖技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分顯著。通過將荷載數(shù)據(jù)遙感設(shè)備安裝在無人機(jī)上，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量目標(biāo)的全面觀測(cè)，根據(jù)實(shí)際要求，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理處理，從而獲得高分辨率的圖像，為相關(guān)設(shè)計(jì)工作提供了巨大便捷。值得注意的是，為了更好地滿足水利水電工程測(cè)量需求，技術(shù)人員有必要對(duì)遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行檢校和測(cè)試。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以為工作人員提供不同時(shí)段的合成監(jiān)測(cè)圖像，為工程現(xiàn)場(chǎng)水域變化情況的判斷提供依據(jù)。同時(shí)，還可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)水流速度和水流方向進(jìn)行計(jì)算，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作的開展提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

4.2 在水域環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

在水利水電工程實(shí)施過程中，為了確保工程質(zhì)量符合實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)整個(gè)管理過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，尤其是施工現(xiàn)場(chǎng)的水域環(huán)境，通過實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)，為水利水電工程管理工作提供真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)[4]。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便對(duì)工程范圍內(nèi)的水域變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握。與此同時(shí)，通過對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)整理和處理，從而對(duì)其中有價(jià)值的數(shù)據(jù)進(jìn)行有針對(duì)性的提取，確保水利水電工程管理規(guī)范性、科學(xué)性及合理性開展。

4.3 在水土保持中的應(yīng)用

避免水土流失是水利水電工程建設(shè)過程中的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容，尤其是高原地區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜不說，水流流失速度非?？?，加之工程規(guī)模比較大，如何有效避免水土流失是個(gè)重要課題。無人機(jī)航測(cè)成圖技術(shù)可以對(duì)土壤侵蝕情況進(jìn)行全面調(diào)研，之后利用GIS 技術(shù)對(duì)工程范圍內(nèi)土壤侵蝕量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，從而形成清晰且全面的圖像，便于技術(shù)人員及時(shí)、準(zhǔn)確地了解水土流失情況，在此基礎(chǔ)上，制定科學(xué)可行的措施，最大限度減少水土流失。

4.4 利用航攝成圖技術(shù)

航攝成圖技術(shù)主要用來外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)的測(cè)量。測(cè)量之前，要明確實(shí)際布標(biāo)，測(cè)量之后，根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)地物點(diǎn)進(jìn)行合理布設(shè)，接下來，對(duì)平面控制點(diǎn)、高程控制點(diǎn)和平高點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和布設(shè)。在實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量人員需要將航線首尾端的控制點(diǎn)布設(shè)在方向線垂直直線。根據(jù)測(cè)量區(qū)域的實(shí)際情況，對(duì)無人機(jī)航線進(jìn)行合理選擇，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，最大限度減少測(cè)量誤差[5]。為了保證無人機(jī)航測(cè)成像效果，拍攝時(shí)間最好選擇在云霧少和無揚(yáng)塵的時(shí)間段，當(dāng)然，還需要綜合考慮地表植物對(duì)成像效果的影響。條件允許的情況下，測(cè)量人員應(yīng)充分利用季節(jié)因素，對(duì)拍攝時(shí)間進(jìn)行合理控制，從而更好的滿足水利水電工程測(cè)繪需求。

5 無人機(jī)航測(cè)成圖技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

無人機(jī)航測(cè)成圖技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分顯著，但不可否認(rèn)，該項(xiàng)技術(shù)仍舊存在一些應(yīng)用缺陷。受體積和荷載量的限制，目前難以在無人機(jī)上搭載云臺(tái)，故而POS記錄的數(shù)據(jù)通常為飛機(jī)姿態(tài)而非相機(jī)姿態(tài)，圖像質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性比較差。換句話來說，無人機(jī)航測(cè)成圖技術(shù)在實(shí)際使用過程中很容易受外界環(huán)境因素的影響。為了保證圖像質(zhì)量，需要合理選擇拍攝時(shí)間，確保在晴朗、無風(fēng)、能見度良好的情況下開展拍攝作業(yè)。同時(shí)還需要根據(jù)測(cè)繪要求及具體地形條件，計(jì)算好行高，并制定科學(xué)完善的航拍實(shí)施方案。

空中三角測(cè)量精度完全取決于像控點(diǎn)的測(cè)量精度和布設(shè)，為了能夠快速準(zhǔn)確的評(píng)判像控點(diǎn)目標(biāo)，航拍測(cè)量前，需要做實(shí)地標(biāo)志，均勻布設(shè)在各個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)，以白色十字為主。這種測(cè)量方式不僅需要耗費(fèi)大量時(shí)間，而且無形中增大了成本。通過與像片刺點(diǎn)結(jié)合使用，既能夠保證精準(zhǔn)度，又有助于節(jié)省成本。像控點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程施測(cè)方法均采用了傳統(tǒng)測(cè)量方法，即GPS 網(wǎng)、全站儀導(dǎo)線等方法，標(biāo)記好每個(gè)像控點(diǎn)。在實(shí)際操作中，很多測(cè)量人員由于未能透徹理解刺點(diǎn)要求，只是根據(jù)平時(shí)點(diǎn)繪制草圖，以至航拍是無法明確部分點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。因此，為了保證測(cè)量質(zhì)量和效率，測(cè)量人員必須具備豐富的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)和精湛的專業(yè)技術(shù)，方能精確地刺點(diǎn)并詳細(xì)描述其準(zhǔn)確位置。

已知點(diǎn)的選取是空中三角測(cè)量中的重難點(diǎn)，所有滿足精度的像控點(diǎn)都可作為選取對(duì)象[6]?；谠擁?xiàng)作業(yè)的復(fù)雜性，為了獲取理想的解算結(jié)果，需要反復(fù)測(cè)量。在解譯工作中需要重點(diǎn)注意以下問題：①立體建模。在建模時(shí)，如果影像重疊度過大，則需要進(jìn)行抽稀處理。因?yàn)閮蓮埑上駡D片的像主點(diǎn)間的正方形內(nèi)精度最高，一旦影像重疊度超出規(guī)定范圍，那么兩張圖像主點(diǎn)之間距離會(huì)相應(yīng)縮短，為了滿足圖像精度要求，會(huì)頻繁出現(xiàn)模型切換現(xiàn)象，導(dǎo)致工作效率大大折扣。②地貌測(cè)繪中高程點(diǎn)的點(diǎn)位選取。高程點(diǎn)通常會(huì)布設(shè)在明顯地形點(diǎn)和地物點(diǎn)上，山頭盡量選擇最高處，鞍部點(diǎn)選在最低處，同時(shí)還要盡量避開存在矛盾的地物點(diǎn)，如比較突出的石頭等。在進(jìn)行等高線繪制時(shí)，應(yīng)先繪制曲線，之后繪制首曲線。如果地形比較復(fù)雜的話，則先繪制山脊線、山谷線，目的是避免山行曲線發(fā)生扭偏。③受外界環(huán)境及軟硬件的影響，最后生成的線劃圖精度仍舊無法滿足相關(guān)淹沒調(diào)查的要求，為了保證測(cè)量工作的有效性，需要在淹沒線附近利用傳統(tǒng)測(cè)量法進(jìn)行配合補(bǔ)充測(cè)量。④外業(yè)調(diào)繪。由于內(nèi)業(yè)成圖存在一定的局限先，受其影響，需要進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測(cè)和調(diào)繪。與建筑工程相比，水利水電工程建設(shè)具有一定的復(fù)雜性和特殊性，其外業(yè)調(diào)繪工作涉及方面比較多，包括管線、垣柵的調(diào)繪，地理名稱的調(diào)查和注記，內(nèi)業(yè)不能確定的植被類別、范圍等調(diào)繪以及單獨(dú)居民地的層數(shù)、結(jié)構(gòu)的調(diào)繪。在這種情況下，要想順利進(jìn)入并開展下一道工序，則需要保證外業(yè)調(diào)繪的成果。

6 結(jié)語

綜上所述，水利水電工程常常會(huì)面臨地形地貌非常復(fù)雜的環(huán)境，傳統(tǒng)測(cè)量模式存在很大局限性，難以滿足當(dāng)前多元化的發(fā)展需求，與之相比，不論是在經(jīng)濟(jì)效益方面還是在工作效率方面，無人機(jī)飛機(jī)測(cè)量方式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯，為水利水電工程建設(shè)創(chuàng)造了新局面。無人機(jī)具有全時(shí)性、實(shí)效性等特點(diǎn)，可以為水利水電工程提供實(shí)時(shí)化信息數(shù)據(jù)，在工程測(cè)量工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。由于無人機(jī)容易受外界環(huán)境的影響，想要獲得高品質(zhì)圖像，需要不斷升級(jí)無人機(jī)性能，提高數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度，為水利水電工程建設(shè)發(fā)展做出更多貢獻(xiàn)。