水電工程測(cè)繪中無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

譚君

（四川中水成勘院測(cè)繪工程有限責(zé)任公司 四川成都 610072）

水電工程測(cè)繪中無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

譚君

（四川中水成勘院測(cè)繪工程有限責(zé)任公司 四川成都 610072）

水電工程建設(shè)有著工期緊、路徑短的特征。為深入的了解水電工程，就需要對(duì)其進(jìn)行拍攝，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)興起的一種新型測(cè)繪技術(shù)，將無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在水電工程測(cè)量中能夠減少對(duì)人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，也能夠保證拍攝圖像的客觀性、真實(shí)性以及準(zhǔn)確性，與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)有著全天時(shí)、全天候、低成本等優(yōu)勢(shì)，能夠快捷的獲取到所需的圖像，有效的提升生產(chǎn)效率，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，本文主要分析無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工程測(cè)量中的應(yīng)用。

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)；水電工程測(cè)量；應(yīng)用

引言

在我國(guó)科技水平的發(fā)展之下，水電工程的建設(shè)水平也得到了迅速的提高，水電工程建設(shè)力度越來(lái)越大，除跨區(qū)域電網(wǎng)以及特高壓電網(wǎng)之外，大多數(shù)發(fā)電廠的規(guī)模都相對(duì)偏小，因此，其建設(shè)也有著工期緊、路徑短的特征。為深入的了解水電工程，就需要對(duì)其進(jìn)行拍攝，如果采用傳統(tǒng)的拍攝手段，不僅拍攝成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，手續(xù)也十分的繁雜，而采用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)就能夠很好的解決以上的問(wèn)題。

1 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)介紹

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)包括兩個(gè)部分，即硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)。其中，硬件系統(tǒng)分為機(jī)載系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩個(gè)模塊；軟件系統(tǒng)又包含航線設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、飛行控制、數(shù)據(jù)預(yù)處理、航攝檢查等5個(gè)主要的系統(tǒng)。該系統(tǒng)已經(jīng)形成了一整套適時(shí)快速的工作機(jī)制，各個(gè)系統(tǒng)配合緊密，其中該系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)主要采用燃油系統(tǒng)或電動(dòng)裝置。航空攝影測(cè)量系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，成為實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的技術(shù)指標(biāo)并實(shí)現(xiàn)完整覆蓋的關(guān)鍵因素。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)融合了多種先進(jìn)的技術(shù)類型，因而表現(xiàn)出了很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。主要有體積小、重量輕、精度高、反應(yīng)迅速、飛行條件低、操控系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，無(wú)人機(jī)航攝不受航高限制，成像質(zhì)量、精度高，無(wú)人飛機(jī)靈活性強(qiáng)，幾乎不存在受限區(qū)（除國(guó)家禁飛區(qū)外）等技術(shù)特點(diǎn)。同時(shí)相比傳統(tǒng)高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)一般會(huì)面臨兩個(gè)問(wèn)題：①數(shù)據(jù)時(shí)效性差、周期長(zhǎng)；②隨時(shí)拍攝可以得到最新的影像。無(wú)人機(jī)航拍則可以很好地解決這一難題，工作組可隨時(shí)出發(fā)，隨時(shí)拍攝。

2 水電工程測(cè)繪中無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的攝影流程

2.1 外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)

像片控制點(diǎn)測(cè)量采用區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方案，在照片拍攝之前進(jìn)行實(shí)地選點(diǎn)布控制標(biāo)志和航拍后明顯地物點(diǎn)相片刺點(diǎn)的方法。在水利工程中，像控點(diǎn)基本上是分布在沿河道附近的公路邊，或者地勢(shì)空曠處，考慮的淹沒(méi)的情況，一般在地勢(shì)空曠的地方或者耕地集中處設(shè)置多一點(diǎn)像控點(diǎn)，對(duì)于田間工程等區(qū)域的點(diǎn)一般為平均分布。

2.2 航空攝影

在航線網(wǎng)布點(diǎn)的時(shí)候要注意，務(wù)必使航線首尾末端上下的控制點(diǎn)設(shè)置一條直線上，此直線通過(guò)主點(diǎn)而且和航線方向垂直，這樣可以保證上下點(diǎn)在同一立體相對(duì)位置內(nèi)。通過(guò)攝影區(qū)域來(lái)設(shè)計(jì)航線，使測(cè)量區(qū)域有重疊（航向重疊度一般為60～70%），旁向的重疊度為30～50%。選擇無(wú)風(fēng)、云霧少、大氣透明度好天氣進(jìn)行攝影。

2.3 立體測(cè)圖

在VIRTUOZO平臺(tái)上進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集，像對(duì)定向元素直接由加密成果導(dǎo)入測(cè)圖工作站，數(shù)據(jù)采集以成圖的模型為單位進(jìn)行，每一幅圖存放一個(gè)文件，文件名與圖幅編號(hào)一致，擴(kuò)展名為XYZ，然后經(jīng)轉(zhuǎn)換程序直接轉(zhuǎn)成DWG數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集由內(nèi)業(yè)作業(yè)人員根據(jù)航攝像片上的信息和參照可用的輔助材料，在MAPMATRIX軟件下，通過(guò)立體影像模型對(duì)地形要素進(jìn)行判讀。要素實(shí)體以點(diǎn)、線、面以及注記方式進(jìn)行圖形采集、分層存放。外業(yè)對(duì)室內(nèi)判讀有誤、判讀過(guò)程中有疑問(wèn)和無(wú)法判讀的地形要素進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查。

2.5 調(diào)繪

采用綜合判讀調(diào)繪法，也就是先室內(nèi)判讀調(diào)繪、后野外檢核、調(diào)查和定性，最后室內(nèi)清繪整飾的方法。調(diào)繪的內(nèi)容包括：居民地、獨(dú)立地物、道路及附屬設(shè)施、管線及垣柵、水系及附屬設(shè)施、植被等。

2.6 外業(yè)高程采集

無(wú)人機(jī)航測(cè)成圖平面精度可以滿足工程項(xiàng)目要求，但是高程精度較低，不能滿足要求，外業(yè)用RTKGPS、全站儀實(shí)測(cè)高程，考慮到測(cè)區(qū)部分區(qū)域植被覆蓋較為嚴(yán)重，在外業(yè)測(cè)繪過(guò)程中還應(yīng)清除部分灌木等植被，加密測(cè)量部分高程點(diǎn)。

3 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量成果介紹

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量成果可以提供滿足用戶需要的4D（DLG、DEM、DOM、DRG）產(chǎn)品。①數(shù)字線劃地圖（DLG）是現(xiàn)有地形圖上基礎(chǔ)地理要素的矢量數(shù)據(jù)集，且保存要素間空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息。數(shù)據(jù)格式有DWG、DXF、E00、DGN，常用軟件有 GEOWAY、AUTOCAD、ARCINFO；②數(shù)字高程模型（DEM）是在高斯投影平面上規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)格式有BIL、VIRTUOZO、TXT，常用軟件有VIRTUOZO、ARCINFO、GEOTIN；③數(shù)字正射影像圖（簡(jiǎn)稱DOM）是利用數(shù)字高程模型對(duì)掃描處理的數(shù)字化的航空相片經(jīng)逐象元糾正，再按影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍裁剪生成的影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式有TIFF，GEOTIFF，常用軟件有VIRTUOZO、GEOWAY；④數(shù)字柵格地圖（DRG）是紙質(zhì)地形圖的數(shù)字化產(chǎn)品。在內(nèi)容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格文件。數(shù)據(jù)格式有壓縮索引TIFF，GEOTIFF，常用軟件有VIRTUOZO、GEOWAY。

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量面臨的問(wèn)題及解決方案無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)已應(yīng)用于飛劍潭水庫(kù)、梅湖景區(qū)、峽江水利樞紐等各種水利項(xiàng)目之中。在生產(chǎn)應(yīng)用中，一線工作者深刻體會(huì)到了無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的快速、輕便、高效等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)航測(cè)成果平面精度較好而高程精度偏低的問(wèn)題。水利項(xiàng)目高程精度要求高，常規(guī)的水庫(kù)工程建設(shè)中都是用全站儀或者RTKGPS測(cè)量地形圖，這些方法可以保證測(cè)量點(diǎn)平面和高程精度，但是要耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。為減少勞動(dòng)成本，提高工作效率，保證測(cè)量點(diǎn)精度，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：①提升無(wú)人機(jī)的性能，增加抗風(fēng)能力；②盡量選在天氣能見(jiàn)度好，風(fēng)力弱的時(shí)候航拍；③采用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)獲取平面位置，RTKGPS測(cè)量技術(shù)采集點(diǎn)高程，二者結(jié)合后生成數(shù)字化地形地類圖（DLG）。

4 項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐

4.1 工程概況

井山水庫(kù)位于撫河流域東鄉(xiāng)河南港支流黎圩水上游，地處江西省撫州市東鄉(xiāng)縣黎圩鎮(zhèn)內(nèi)，壩址位于南港址區(qū)距黎圩鎮(zhèn)約5km，距東鄉(xiāng)縣縣城約25km，控制流域面積25.2km2，正常蓄水位83.00m（黃海高程，下同），總庫(kù)容2250×104m3，是一座灌溉、供水等綜合效益的中型水利樞紐工程。2.2外業(yè)測(cè)量2.2.1航攝航攝儀采用SONYA7R，焦距35mm，相幅大小為：7360×4192，像元分辨率為4.88μm。本次無(wú)人機(jī)航攝分兩個(gè)架次進(jìn)行，由GPS領(lǐng)航數(shù)據(jù)計(jì)算相對(duì)飛行高度為724m，地面分辨率為0.09m，航攝面積約10km2。兩個(gè)架次飛行質(zhì)量和影像良好，影像清晰度較高，且照片色彩均勻，飽和度良好，能夠表達(dá)真實(shí)的地物信息，可以滿足1：2000成圖要求。本次飛行航向重疊度為75%，旁向重疊度為50%。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)。

4.2 像控測(cè)量

像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)能夠有效控制成圖的范圍，測(cè)區(qū)的四周及中心位置必須布設(shè)控制點(diǎn)，根據(jù)測(cè)區(qū)的情況，每個(gè)測(cè)區(qū)布設(shè)控制點(diǎn)不少于20個(gè)，且都設(shè)置為平高點(diǎn)。此次像控點(diǎn)的布設(shè)及測(cè)量主要遵循以下原則：①像控點(diǎn)選在線狀地物的交叉點(diǎn)、明顯地物拐角頂點(diǎn)處、影像大于0.2mm點(diǎn)狀地物中心，交角良好。②像控點(diǎn)所在位置高程變化不大，像控點(diǎn)刺點(diǎn)目標(biāo)的影像必須清晰、明顯。③滿足GPS觀測(cè)的要求：點(diǎn)位上便于安置接收設(shè)備和操作，對(duì)空視野開(kāi)闊，周圍無(wú)大的水面無(wú)較大遮擋。④觀測(cè)后要拍攝照片遠(yuǎn)、近景各一張，方便后續(xù)空三糾正工序準(zhǔn)確量測(cè)。

5 無(wú)人機(jī)低空航攝測(cè)量在水電測(cè)繪領(lǐng)域中的運(yùn)用前景

在我國(guó)的城市建設(shè)或者部分有關(guān)公共安全、應(yīng)急的事件，包括了解自然災(zāi)害的相關(guān)狀況，做好災(zāi)害后期的處理工作等等，可以利用無(wú)人機(jī)低空航攝測(cè)繪技術(shù)處理。另一方面，在對(duì)地形、地貌勘測(cè)也需要使用到無(wú)人機(jī)低空航攝測(cè)繪技術(shù)。因此，這種測(cè)量技術(shù)會(huì)應(yīng)用到各種領(lǐng)域、各種單位，對(duì)于掌握和推廣無(wú)人機(jī)低空航攝測(cè)繪技術(shù)是非常有必要的。特別是對(duì)水電工程的低空攝影，有著十分顯著的優(yōu)勢(shì)。因此，促進(jìn)我國(guó)的無(wú)人機(jī)低空航攝測(cè)繪技術(shù)是目前以及日后社會(huì)高科技技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要的突破口，只有提升測(cè)繪技術(shù)、提升遙感技術(shù)才能夠?yàn)槲覈?guó)提供更多更好建設(shè)。所以我國(guó)的無(wú)人機(jī)低空航攝測(cè)繪技術(shù)在未來(lái)依然有很大的發(fā)展前景的，同時(shí)也有很好的現(xiàn)實(shí)意義。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，將無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在水電工程測(cè)量中能夠減少對(duì)人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，也能夠保證拍攝圖像的客觀性、真實(shí)性以及準(zhǔn)確性，與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)有著全天時(shí)、全天候、低成本等優(yōu)勢(shì)，能夠快捷的獲取到所需的圖像，有效的提升生產(chǎn)效率，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，采用該種方式進(jìn)行拍攝也有著成本低廉、測(cè)量速度快的優(yōu)勢(shì)，拍攝的圖像也可以應(yīng)用在不同的領(lǐng)域之中，國(guó)內(nèi)外的種種實(shí)踐均表明，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)是值得在水電工程中進(jìn)行推廣與使用的。

[1]孫朝陽(yáng)，鄭彥春，徐秀云.無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在風(fēng)能開(kāi)發(fā)勘測(cè)方面的應(yīng)用[J].水電勘測(cè)設(shè)計(jì)，2015（05）.

[2]韓文軍，雷遠(yuǎn)華，周學(xué)文.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)及其在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用探討[J].水電勘測(cè)設(shè)計(jì)，2015（03）.

[3]孫朝陽(yáng)，鄭彥春，徐秀云.無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在風(fēng)能開(kāi)發(fā)勘測(cè)方面的應(yīng)用[J].水電勘測(cè)設(shè)計(jì)，2013（05）.

TM604

A

1004-7344（2016）25-0179-02

2016-8-20

譚 君（1971-），女，高級(jí)工程師，本科，主要從事測(cè)繪內(nèi)業(yè)工作。