無人機航攝技術(shù)在峽山水庫測量中的應用

張緒朋，何明崗（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014）

無人機航攝技術(shù)在峽山水庫測量中的應用

張緒朋，何明崗
（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014）

【摘要】介紹了無人機航空攝影測量技術(shù)的特點，通過在峽山水庫提高興利水位測量中的應用，分析了平面、高程測量精度和測繪成果，為類似測量工作提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】無人機航空攝影測量；峽山水庫；精度分析

1　工程概況

峽山水庫位于山東半島東部，濰坊市峽山生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展區(qū)中部，濰河中下游。流域地理位置介于東經(jīng)118°42′31″～119°42′49″、北緯35°38′53″～36°30′29″之間，控制流域面積4210km2。峽山水庫于1958-11動工興建，1960-09建成蓄水，是一座以防洪、城市及工業(yè)供水、灌溉、發(fā)電等綜合功能的大（1）型水利樞紐工程。

根據(jù)山東省水利廳2013-06發(fā)布的《山東省水庫資料匯編大型水庫分冊》，峽山水庫死水位31.40m，興利水位37.40m，校核洪水位42.34m?？値烊?4.05億m3，其中調(diào)洪庫容8.55億m3，興利庫容5.01億m3，死庫容0.49億m3。工程由主壩、副壩、溢洪道（閘）、放水洞、發(fā)電站等主要建筑物組成。

2010-11，峽山水庫除險加固工程通過了省水利廳組織的竣工驗收。根據(jù)《濰坊市峽山水庫除險加固工程竣工驗收鑒定書》，工程的主要任務(wù)是對水庫大壩、溢洪道、放水洞等工程進行加固，達到1000年一遇設(shè)計洪水標準、10000年一遇校核洪水標準，驗收鑒定結(jié)論認為除險加固工程已按批復的設(shè)計內(nèi)容全部完成。解決了原有病險問題，工程質(zhì)量得到進一步加強，防洪安全能力得到了較大提升。

除險加固后的大中型水庫，恢復或者提高興利水位可以有效增加水庫興利庫容，提高供水能力。峽山水庫建庫已50余年，現(xiàn)有庫容曲線公布日期距今將近40年，由于多年來受自然與人為因素影響，庫區(qū)地形有所變化，為了更好地把握人類活動和自然因素對庫區(qū)地形變化的影響，了解庫容曲線的變化情況，同時要充分挖掘水庫的雨洪資源利用潛力，提高興利水位，就必須獲取精度更高、現(xiàn)勢性更強的庫區(qū)地形資料。峽山水庫整個庫區(qū)面積約350km2，本次增容工程初步擬定提高興利水位的幅度為0.60m，即由現(xiàn)狀的37.40m提高至38.00m，可增加興利庫容7765萬m3，年均增加可供水量1355萬m3。根據(jù)工程需要，本項目需要繪制水庫庫區(qū)1∶2000比例尺平面圖并由此計算新的水庫水位～面積～庫容關(guān)系曲線。

2　無人機航空攝影測量技術(shù)簡介

根據(jù)上述測繪任務(wù)，目前大比例尺地形圖測繪的技術(shù)手段主要有三種：一是野外數(shù)字化測量；二是傳統(tǒng)載人飛機航空攝影測量；三是無人機航空攝影測量。比較上述三種測量方式，其優(yōu)劣勢是：第一種野外數(shù)字化測量方式需要大量測繪作業(yè)人員，成本較高，且作業(yè)會受到地形、氣候等環(huán)境因素的影響，也無法獲得影像底圖，難以滿足工期與質(zhì)量要求。第二種傳統(tǒng)載人飛機航測法，在目前國內(nèi)空域管理的模式下，需要進行空域申請，機場協(xié)調(diào)等系列工作，成本較大，工作繁瑣，同樣難以滿足工期的要求。第三種無人機航空攝影測量方法較前面兩種方法具有成本低、操作方便、現(xiàn)勢性好、測繪精度高等優(yōu)點，無人機也存在自身的缺點，體積較小，飛行高度較低，飛行姿態(tài)不夠穩(wěn)定，機載焦距較小，像幅較小，后期影像拼接工作量大、空三加密處理復雜。經(jīng)過方案比選，本項目決定采用無人機航空攝影測量方式完成整個測區(qū)的1∶2000地形圖測量任務(wù)。

無人機航空攝影測量技術(shù)的特點和優(yōu)勢是：

1）操作簡單。無人機航空攝影測量適用于低空飛行，空域申請簡單易辦，受天氣影響較小，能有效地減少人機航測中因云層遮擋等影響而留下的漏洞區(qū)域。無人機航空攝影測量無需起降機場，對遠離城市的大面積水利測量尤為合適。

2）成本低廉。無人機航空攝影測量飛行時間短，參與飛行的人員很少，降低了項目成本。

3）機動靈活。無人機航空攝影測量可以根據(jù)天氣情況，快速靈活的進入現(xiàn)場對目標區(qū)域進行觀測。

4）安全性能高。無人機航空攝影測量相對于載人航空攝影測量而言，可以在惡劣的氣候條件和復雜環(huán)境中完成任務(wù)，降低危險性。

5）效率高。無人機航空攝影測量不受地形影響，可以進入各種復雜地域拍攝，無論是林地、高原、盆地還是水域等，都能實施作業(yè)，獲取較為全面準確的數(shù)據(jù)，高效率的完成作業(yè)。

6）準確度高。無人機航空攝影測量是集數(shù)字通訊、攝像、全球?qū)Ш叫l(wèi)星等先進技術(shù)于一體，各種設(shè)備技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)整體集成技術(shù)相對成熟，可獲得超高分辨率的數(shù)字影像和定位數(shù)據(jù)。

3　項目應用

本項目所采用的無人機航空攝影測量系統(tǒng)由飛行平臺、數(shù)碼傳感器、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及配套軟件組成。該系統(tǒng)先后完成航攝項目20余個，作業(yè)面積3000余km2，獲取0.05～0.5m影像40000余張，為國土、交通、建設(shè)、規(guī)劃、電力、水利等部門及時提供了測繪應急保障服務(wù)。

2013-10完成了峽山水庫提高興利水位測量工程的1∶2000地形圖測量航拍，航攝比例尺1∶30625，地面分辨率0.15m，飛行高度720m，飛行時間約480min，測區(qū)總共劃分四個區(qū)域，飛行四個架次，作業(yè)面積約350km2，共獲取影像3038張。拍攝的無人機低空攝影照片，現(xiàn)勢性較好，航攝資料已經(jīng)通過驗收。

4　精度分析

考慮到航空攝影測量在高程精度方面的劣勢，根據(jù)項目需要，為提高整個水庫測區(qū)DEM高程精度，現(xiàn)場作業(yè)人員在主要道路、堤壩等特征建筑物采集了部分特征點，作為加密DEM需要。最后根據(jù)無人機航空攝影測量成果，制作了格網(wǎng)間距為2.0m×2.0m的高精度DEM以及平面比例尺為1∶2000的DLG。為了驗證無人機航空攝影測量的平面、高程精度，作業(yè)人員采集了大量的全野外碎部點作為檢查點，與無人機航空攝影測量成果進行了比較。

根據(jù)野外檢查成果，按照中誤差統(tǒng)計公式計算，峽山水庫提高興利水位測量工程無人機航空攝影測量地面點平面位置中誤差為：0.28m，高程中誤差為：±0.29m，均滿足《水利水電工程測量規(guī)范》1∶2000航測成圖精度要求。而且加入外業(yè)實測高程點后，數(shù)字高程模型精度有一個較大提高，為峽山水庫水位～面積～庫容關(guān)系曲線計算打下了良好的基礎(chǔ)。

5　結(jié)語

峽山水庫提高興利水位測量工程項目要求時間緊，任務(wù)重，作業(yè)范圍大，采用常規(guī)測量方式難以如期完成任務(wù)。采用無人機航空攝影測量作業(yè)方式，極大的提高了作業(yè)效率，縮短了作業(yè)工期，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了圖件的現(xiàn)勢性，及時提供了滿足規(guī)程規(guī)范和設(shè)計要求的1∶2000庫區(qū)平面圖，得到了設(shè)計部門的好評，同時該作業(yè)方式的嘗試也為后續(xù)的工程提供了借鑒，積累了經(jīng)驗。

參考文獻

[1]SL197-2013，水利水電工程測量規(guī)范[S].

[2]史文飛.無人機航空攝影測量技術(shù)在電力工程測量中的應用[J].企業(yè)研究，2014（02）:183.

[3]李兵.無人機攝影測量技術(shù)的探索與應用研究[J].北京測繪，2008（1）:1-3.

[4]劉欣陽等.無人機低空攝影測量系統(tǒng)在大比例尺地形圖中的應用[J].科技傳播，2014（3）.

[5]羅先權(quán)等.無人機航攝系統(tǒng)在大比例尺成圖中的應用，2013,11（3）:23-25.

（責任編輯張玉燕）

【中圖分類號】P231

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-06-0011-02

收稿日期：2015-01-10

作者簡介：張緒朋（1973—），男，高級工程師