彭 虎

(黔西南州興源水利電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州 興義 562400)

1 無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)

采用SIFT算子和Harris算子結(jié)合進(jìn)行影像匹配，首先提取SIFT特征點(diǎn)、Harris點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行相對(duì)定向，得出內(nèi)集點(diǎn)A、B，刪除重復(fù)點(diǎn)，并合并內(nèi)集點(diǎn)A、B，得出內(nèi)集點(diǎn)C，刪除內(nèi)集點(diǎn)C中的錯(cuò)誤匹配點(diǎn)，得出內(nèi)集點(diǎn)D，然后構(gòu)件同名三角形，獲取新角點(diǎn)，通過(guò)相對(duì)定向得到內(nèi)集點(diǎn)E，合并內(nèi)集點(diǎn)D、E后，判斷點(diǎn)數(shù)是否滿(mǎn)足要求，如滿(mǎn)足要求，即匹配結(jié)束。為進(jìn)行大比例尺測(cè)圖工作，首先需對(duì)該地區(qū)進(jìn)行勘測(cè)，并收集相關(guān)資料，采用無(wú)人機(jī)航空攝影對(duì)該地區(qū)的立體數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，進(jìn)行調(diào)繪與補(bǔ)測(cè)，之后進(jìn)行兩級(jí)檢查，若不合格，則重新進(jìn)行調(diào)繪與補(bǔ)測(cè)，然后進(jìn)行地形圖編輯，并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，制作制圖數(shù)據(jù)，最后提交驗(yàn)收及質(zhì)量檢查，驗(yàn)收合格后即可提交驗(yàn)收成果，如圖1所示。

圖1 SIFT和Harris算子特征的影像匹配流程圖

本研究所采用無(wú)人機(jī)相關(guān)參數(shù)如表1所示，航飛設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表1 無(wú)人機(jī)相關(guān)參數(shù)

表2 航飛設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)上述無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)，可計(jì)算得出各勘測(cè)位置的航飛參數(shù)如表3所示。根據(jù)測(cè)區(qū)的基本情況，確定本次勘測(cè)的無(wú)人機(jī)飛行距離為80 km，共計(jì)拍攝照片700張。

表3 各勘測(cè)位置的航飛參數(shù)

2 工程概況

本研究以某水電工程為研究背景，該水電工程為Ⅱ等大(2)型工程，開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，水庫(kù)正常蓄水位3447.00 m，相應(yīng)庫(kù)容0.5528億m3，電站裝機(jī)容量為660 MW，多年平均發(fā)電量32.064億kWh，保證出力(P=5%)173.43 MW。電站工程建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。該航攝測(cè)區(qū)的面積為13 km2，主要以山地為主，平均海拔為490 m。該測(cè)區(qū)的已有GPS基本控制點(diǎn)如表4所示。本測(cè)區(qū)采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)法進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)，航線(xiàn)上每隔10～15條基線(xiàn)布設(shè)，在旁向上按2～4條基線(xiàn)布設(shè)。

表4 GPS基本控制點(diǎn) m

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度分析

以GPS基本控制網(wǎng)的點(diǎn)位數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對(duì)各點(diǎn)位的中誤差進(jìn)行分析，其計(jì)算結(jié)果如表5所示。根據(jù)表格相關(guān)數(shù)據(jù)，可對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行同步環(huán)、異步環(huán)檢驗(yàn)，可得出其同步環(huán)最大相對(duì)閉合差為3.51 ppm，限差為15 ppm，異步環(huán)限差為± 18.71 cm；點(diǎn)位p11為像控點(diǎn)最弱點(diǎn)，其三維約束平差最弱邊相對(duì)精度為1.33 × 10-5，其三維無(wú)約束平差相對(duì)精度為5.46 × 10-5。當(dāng)成圖比例尺為1∶2000時(shí)，以上計(jì)算得出的無(wú)人機(jī)勘測(cè)精度滿(mǎn)足規(guī)范要求，其準(zhǔn)確性較高。

表5 中誤差計(jì)算結(jié)果

為分析無(wú)人機(jī)勘測(cè)得出的數(shù)據(jù)的質(zhì)量及精度，需對(duì)其空三像控點(diǎn)誤差、地形圖平面精度、地形圖高程精度進(jìn)行計(jì)算分析，其空三像控點(diǎn)誤差如表6所示。由表可知，各測(cè)點(diǎn)間的誤差具有一定的差異性，X、Y、Z方向的最大誤差分別為0.066 30 m、0.166 26 m、-0.171 36 m，總體而言X方向的控點(diǎn)誤差最小，其次為Y方向的控點(diǎn)誤差，Z方向的控點(diǎn)誤差最大。根據(jù)該表可計(jì)算得出三個(gè)方向的殘差中誤差，其中，X方向的像控點(diǎn)殘差中誤差為0.0366 m，Y方向的像控點(diǎn)殘差中誤差為0.0603 m，Z方向的像控點(diǎn)殘差中誤差為0.103 m；X、Y、Z方向的空三加密點(diǎn)中誤差分別為0.141 m、0.126 m、0.119 m。根據(jù)相關(guān)規(guī)范可得，當(dāng)比例尺為1∶2000時(shí)，像控點(diǎn)的平面限差應(yīng)<2.0 m，高程限差應(yīng)<1.5 m；加密點(diǎn)的平面限差應(yīng)<1.1 m，高程限差應(yīng)<0.8 m，采用無(wú)人機(jī)勘測(cè)得出的誤差遠(yuǎn)小于規(guī)范所規(guī)定的限值[1-5]，說(shuō)明采用無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)得出的勘測(cè)結(jié)果精度較高。

表6 空三像控點(diǎn)誤差 m

地形圖平面精度如表7所示。由表可知，各測(cè)點(diǎn)的地形圖平面精度具有一定的差異性，對(duì)比圖上量測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可得，測(cè)點(diǎn)48的點(diǎn)位偏移量最大，其值為0.1947 m，測(cè)點(diǎn)4的點(diǎn)位偏移量最小，其值為0.0228 m，圖上量測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)間的點(diǎn)位移偏量間的差值大部分<0.1 m，與實(shí)際數(shù)據(jù)還存在一定的差異，這是由于，在無(wú)人機(jī)測(cè)繪過(guò)程中會(huì)受到外在因素的影響，會(huì)發(fā)生光學(xué)畸變現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)測(cè)繪得出的地形圖平面數(shù)據(jù)存在一定的誤差。根據(jù)表7數(shù)據(jù)計(jì)算得出地形圖平面中誤差為0.08 m，根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》(JTS 131—2012)可得[6]，當(dāng)比例尺為1∶2000時(shí)，平面位置的誤差精度應(yīng)<1.6 m，無(wú)人機(jī)勘測(cè)得出的地形圖平面中誤差遠(yuǎn)小于其指標(biāo)限值，說(shuō)明采用無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)勘測(cè)的準(zhǔn)確性較高。

表7 地形圖平面精度

地形圖高程精度如表8所示。由表可知，測(cè)點(diǎn)100的誤差最大，其高程誤差為4.12 m，測(cè)點(diǎn)7、測(cè)點(diǎn)8的高程誤差較小，誤差均為0.23 m。根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算可得，采用無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)得出的高程平均中誤差為± 0.68 m，當(dāng)比例尺為1∶2000時(shí)，規(guī)范所規(guī)定的高程中誤差限值為2 m，無(wú)人機(jī)勘測(cè)得出的地形圖平面中誤差遠(yuǎn)小于其指標(biāo)限值，說(shuō)明采用無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)勘測(cè)的準(zhǔn)確性較高。綜合以上分析可得，采用無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)得出的空三像控點(diǎn)誤差、地形圖平面精度、地形圖高程精度均在規(guī)范所規(guī)定的限值內(nèi)，說(shuō)明其勘測(cè)成果質(zhì)量?jī)?yōu)良。

表8 地形圖高程精度 m

4 結(jié) 論

(1)X方向的像控點(diǎn)殘差中誤差為0.0366 m，Y方向的像控點(diǎn)殘差中誤差為0.0603 m，Z方向的像控點(diǎn)殘差中誤差為0.103 m；X、Y、Z方向的空三加密點(diǎn)中誤差分別為0.141 m、0.126 m、0.119 m。

(2)測(cè)點(diǎn)48的點(diǎn)位偏移量最大，其值為0.1947 m，測(cè)點(diǎn)4的點(diǎn)位偏移量最小，其值為0.0228 m，圖上量測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)間的點(diǎn)位移偏量間的差值大部分小于0.1 m，與實(shí)際數(shù)據(jù)還存在一定的差異，這是由于，在無(wú)人機(jī)測(cè)繪過(guò)程中會(huì)受到外在因素的影響，會(huì)發(fā)生光學(xué)畸變現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)測(cè)繪得出的地形圖平面數(shù)據(jù)存在一定的誤差。

(3)當(dāng)比例尺為1∶2000時(shí)，采用無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)得出的高程平均中誤差為± 0.68 m，規(guī)范所規(guī)定的高程中誤差限值為2 m，其誤差遠(yuǎn)小于其指標(biāo)限值，

(4)采用無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)得出的空三像控點(diǎn)誤差、地形圖平面精度、地形圖高程精度均在規(guī)范所規(guī)定的限值內(nèi)，說(shuō)明其勘測(cè)成果質(zhì)量?jī)?yōu)良。