無人機(jī)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用

（江蘇省工程勘測(cè)研究院有限責(zé)任公司 江蘇揚(yáng)州 225002）

摘要：眾所周知，水利工程是重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程，對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步具有重要意義?，F(xiàn)階段，隨著科技的發(fā)展，水利工程的建設(shè)也日趨現(xiàn)代化。尤其是在水利工程測(cè)量方面，現(xiàn)代科技的應(yīng)用，極大地提高了工程測(cè)量的效率和質(zhì)量。尤其是無人機(jī)的使用，憑借自身的機(jī)動(dòng)靈活性，快速獲取數(shù)據(jù)，貢獻(xiàn)巨大。本文主要探討了無人機(jī)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；水利工程；工程測(cè)量

我國有面積廣闊的季風(fēng)氣候區(qū)，海陸熱力性質(zhì)的巨大差異，形成了我國降水時(shí)空分布的不均勻性，旱澇災(zāi)害頻發(fā)。隨著我國水利基礎(chǔ)設(shè)施的完善，水利信息化水平的不斷提高，結(jié)合了先進(jìn)的空間技術(shù)、通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的信息化測(cè)繪技術(shù)在水利工程測(cè)量的實(shí)踐中應(yīng)用日趨廣泛，為水利工程的設(shè)計(jì)和施工提供了精確、直觀的數(shù)據(jù)分析，提高了工程決策的科學(xué)性。近年來，隨著無人機(jī)的使用，起降方式機(jī)動(dòng)靈活，自主飛行，低空循跡，快速獲得數(shù)據(jù)資料，尤其是無人機(jī)中的相關(guān)設(shè)備，能夠?qū)τ诤娇沼跋窈凸こ虜?shù)據(jù)進(jìn)行收集，有利于三維模型的構(gòu)建，為工程的科學(xué)決策奠定了基礎(chǔ)。

一、無人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用

（一）無人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用范圍

在水利工程行業(yè)內(nèi)，工程建設(shè)與管理與工程建設(shè)環(huán)境評(píng)價(jià)和安全監(jiān)測(cè)息息相關(guān)，而無人機(jī)的應(yīng)用，均可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程建設(shè)和管理的低空遙感，完成對(duì)工程的快速測(cè)繪及信息監(jiān)測(cè)。由于 工程監(jiān)測(cè)具有數(shù)據(jù)分辨率高、實(shí)施快速的特點(diǎn)，而無人機(jī)的監(jiān)測(cè)也具有靈活性強(qiáng)，分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，再配合以先進(jìn)的空間信息技術(shù)和GPS技術(shù)，能夠?yàn)樗こ痰慕ㄔO(shè)和科學(xué)決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（二）無人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用分析

1.無人機(jī)在水利工程測(cè)繪中的具體應(yīng)用

普通航空攝影也可以用于工程測(cè)繪，但是由于缺乏靈活性，對(duì)于云下圖像的獲取難度也很大，衛(wèi)星遙感時(shí)效性不高，分辨率低，為此，在水利工程的測(cè)繪實(shí)踐中，往往需要重復(fù)測(cè)繪，工作效率不高。隨著無人機(jī)的使用，在機(jī)體上荷載數(shù)據(jù)遙感設(shè)備，借助于遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并與3S技術(shù)有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行有效的觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理。通過無人機(jī)技術(shù)的使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集和快速處理。另一方面，通過無人機(jī)技術(shù)的使用，無人機(jī)遙感圖像技術(shù)能夠?qū)⒉煌瑫r(shí)段的監(jiān)測(cè)圖像進(jìn)行假彩色合成，從而對(duì)工程不同區(qū)域內(nèi)水域的狀況進(jìn)行分析，為科學(xué)決策提供有效信息。

2.無人機(jī)在水利工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和水域環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用

我國水資源儲(chǔ)量豐富，流域眾多，河流面積廣，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。通過無人機(jī)技術(shù)的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水域變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，掌握基本的水域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為水域的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)奠定基礎(chǔ)，并逐步實(shí)現(xiàn)水域管理的信息化，為水利管理的現(xiàn)代化鋪平道路[1]。

3.無人機(jī)在水利工程水土保持中的具體應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在各種因素的共同作用下，我國水土流失的問題日趨嚴(yán)重，甚至成為了最主要的環(huán)境問題之一。尤其是水利工程的建設(shè)，對(duì)流域內(nèi)水土流失情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，人工處理方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，準(zhǔn)確性不高。隨著無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)土壤侵蝕定量來對(duì)水土保持進(jìn)行研究。通過獲取的遙感圖像，能夠?qū)λ亮魇栴}進(jìn)行分析，并制定合理的改善策略，確保水利工程的可持續(xù)發(fā)展。

二、無人機(jī)在水利工程測(cè)量中的有效運(yùn)用

（一）概述

無人機(jī)技術(shù)在水利工程測(cè)量中的具體應(yīng)用，主要涉及無人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)要想正常發(fā)揮功能，就必須保證飛行平臺(tái)、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)、數(shù)碼攝像設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸、地面監(jiān)控、發(fā)射與回收、地面保障設(shè)備等系統(tǒng)均處于正常工作狀態(tài)[2]。

無人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)有著廣泛的實(shí)踐應(yīng)用，尤其是在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害勘察、礦產(chǎn)資源勘探、海洋資源勘察、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面，無人機(jī)技術(shù)有著重要的應(yīng)用。值得一提的是，無人機(jī)在水利工程測(cè)量中也有著廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，需要根據(jù)地面分辨率、航攝范圍、時(shí)間、航線布設(shè)及影像重疊度等進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保應(yīng)用效果[3]。

（二）作業(yè)方案

本文以某水利工程的測(cè)繪工作為例，對(duì)無人機(jī)技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用方案進(jìn)行了探討。在本次測(cè)繪任務(wù)中，無人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)在設(shè)計(jì)測(cè)繪任務(wù)時(shí)，將其劃分成7個(gè)架次。在測(cè)繪過程中，平面控制網(wǎng)布設(shè)了四等GPS網(wǎng)，GPS標(biāo)石點(diǎn)共埋設(shè)了24個(gè)，并需要對(duì)3個(gè)國家三角點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。關(guān)于高程控制，本次測(cè)繪工作所采用的是四、五等集合水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)量成果。關(guān)于像控點(diǎn)，區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方案是非常適合本次測(cè)量工作實(shí)踐的設(shè)計(jì)方案，航向相鄰兩個(gè)像控點(diǎn)之間的跨度控制在8-12條基線之間。為了保證測(cè)繪工作順利開展，像控點(diǎn)的位置也至關(guān)重要，為此，一般選擇在航向及旁向六片或五片的重疊范圍內(nèi)。在實(shí)際測(cè)量工作中，通過GPS-RTK方式對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，確定其三維坐標(biāo)。數(shù)據(jù)采集的條件為固定解狀態(tài)HRMS和VRMS均不高于0.02m[4]，并以兩次測(cè)量值的平均值作為最終測(cè)量結(jié)果。

在本次的航空攝影中，無人機(jī)航空攝影分別實(shí)施了7個(gè)架次，航攝儀型號(hào)為Canon 5D Mark II，最終確定的地面分辨率為17cm，地面數(shù)據(jù)采集采用的是VirtuoZo NT 3.5，并借助CASS9.1軟件形成最終的測(cè)繪圖，輸出結(jié)果，具體的工作流程如下圖1所示。

圖1 無人機(jī)水利工程測(cè)量工作流程圖

（三）具體實(shí)施的相關(guān)內(nèi)容

無人機(jī)在水利工程測(cè)量的具體應(yīng)用過程中，主要對(duì)工程進(jìn)行了低空攝影測(cè)量、空中三角測(cè)量。關(guān)于低空攝影測(cè)量，采用Canon 5D Mark II航攝儀對(duì)水利工程進(jìn)行測(cè)量，累計(jì)航線36條，拍攝照片3383張。拍攝焦距0.035mm，絕對(duì)高度1200米，基線距離190m，航線距離528m，平均分辨率為0.16，航向重疊度為68.58%，旁向重疊度為41.65%。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，誤差均符合相關(guān)要求，表明無人機(jī)航攝的質(zhì)量均符合各項(xiàng)指標(biāo)。關(guān)于空中三角測(cè)量，在VirtuoZo數(shù)字化攝影測(cè)量工作站下，對(duì)空中三角測(cè)量進(jìn)行加密，加密軟件為Inpho，為了保證工作效率，本次測(cè)量所采用的加密方法為分區(qū)加密。加密流程如2所示，空三加密點(diǎn)是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)匹配的[5]。在Inpho軟件中，自帶平差結(jié)算功能，能夠?qū)^(qū)域網(wǎng)平差進(jìn)行計(jì)算，提高測(cè)量精度[6]。為了保證檢測(cè)的精確度，需要改正航片畸變，設(shè)置信息文件和相機(jī)文件，做好像點(diǎn)匹配、航帶連接和外業(yè)像控點(diǎn)的平差處理等工作，同時(shí)還要做好必要的質(zhì)量檢查工作。

圖2 空三加密流程圖

結(jié)語：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，越來越多的科技成果將被應(yīng)用于實(shí)踐。在水利工程作為我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是一項(xiàng)利國利民的工程，需要不斷引入先進(jìn)的科技成果，提高自身的建設(shè)質(zhì)量。為此，將無人機(jī)應(yīng)用于水利工程測(cè)量的實(shí)踐中，在提高測(cè)量精度的同時(shí)，對(duì)于促進(jìn)水利工程的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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