基于無人機(jī)的庫區(qū)基礎(chǔ)地理信息方案設(shè)計(jì)

李鳳立

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西太原030024）

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基于無人機(jī)的庫區(qū)基礎(chǔ)地理信息方案設(shè)計(jì)

李鳳立

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西太原030024）

【摘要】以庫區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的更新為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于無人機(jī)低空數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的工作方案，對作業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)路線和成果精度與質(zhì)量控制分別做了詳細(xì)的闡述，對推進(jìn)我國數(shù)字水利建設(shè)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；數(shù)字水利；基礎(chǔ)地理信息；數(shù)據(jù)更新

目前，數(shù)字水利已被提出并付諸實(shí)踐。而大量的水庫也已建立了自己的專用GIS系統(tǒng)，用于對庫區(qū)的管理和安全預(yù)警。在這些工作中，數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)是獲取基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的主要技術(shù)手段，其提供的數(shù)字地形圖（DLG）、數(shù)字正射影像（DOM）和數(shù)字高程模型（DEM）可直接應(yīng)用于模擬建立庫區(qū)淹沒區(qū)的真實(shí)三維地面模型、疊加地形圖的關(guān)鍵點(diǎn)位的空間分析、基于DEM精確地測算出不同水位下的水庫庫容、庫區(qū)大壩災(zāi)害預(yù)警三維可視化模擬等。針對這些目前的研究現(xiàn)狀和取得的階段性成果，本文設(shè)計(jì)了針對庫區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新的無人機(jī)低空數(shù)字?jǐn)z影測量工作方案，以期推動無人機(jī)技術(shù)在水利領(lǐng)域的應(yīng)用向縱深發(fā)展，更快的實(shí)現(xiàn)我國水利工作的數(shù)字化。

1　技術(shù)路線

通過基礎(chǔ)控制測量、像片控制測量、解析空中三角測量、數(shù)據(jù)采集和編輯獲得數(shù)字線劃圖（DLG）、野外調(diào)繪、數(shù)字高程模型（DEM）生成、數(shù)字正射影像（DOM）制作、成果驗(yàn)收等，最終獲得庫區(qū)的DLG、DEM和DOM，完成庫區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新。

1.1像片控制測量

像控點(diǎn)布設(shè)按每條航線3～4條基線布設(shè)一對點(diǎn)，所布設(shè)的像控點(diǎn)點(diǎn)位能有效控制住成圖范圍，并且在測段接頭處無漏洞。

像控點(diǎn)測量采用山西省測繪局建立的山西省連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)網(wǎng)（CORS網(wǎng)）。CROS點(diǎn)采用南方靈銳S86 RTK接收機(jī)作為CORS站用戶子系統(tǒng)進(jìn)行觀測，所用接收機(jī)都經(jīng)過檢校合格。儀器設(shè)置情況是：動態(tài)、高度截止角15°、采樣間隔15″；在鎖定衛(wèi)星4顆以上、PDOP值不大于5、衛(wèi)星幾何圖形強(qiáng)度≤6，限差均滿足規(guī)范要求。測量CROS點(diǎn)及水庫原有高程點(diǎn)BM時(shí)，采用三角架對中、整平進(jìn)行觀測。數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，格式整理為WGS84大地坐標(biāo)BLH后，由山西省測繪局?jǐn)?shù)據(jù)處理中心轉(zhuǎn)換為1980西安坐標(biāo)系和1985年高程基準(zhǔn)。

1.2解析空中三角測量

解析空中三角測量采用全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站完成，經(jīng)過像點(diǎn)連接、像控點(diǎn)量測、平差計(jì)算等過程，自動完成空三加密和DOM的生成。對像控點(diǎn)量測完后進(jìn)行最終的平差解算，首先將物方標(biāo)準(zhǔn)方差權(quán)減小，進(jìn)行粗差的消除，然后逐步提高物方權(quán)重，確保粗差被全部探測出來。最后設(shè)定合適的權(quán)值平差，輸出空三結(jié)果。

1.3外業(yè)調(diào)繪

使用航空影像,利用自由網(wǎng)空三成果，匹配生成DEM；利用DEM生成DOM，按照標(biāo)準(zhǔn)分幅，打印成圖供野外調(diào)繪使用?？杖用軙r(shí)一般采用加入外業(yè)高程散點(diǎn)的方式來提高空三加密的高程精度。而DLG、DEM和DOM作業(yè)時(shí)也會利用外業(yè)檢查點(diǎn)來檢查成果精度，并將部分外業(yè)檢查點(diǎn)根據(jù)地形圖圖面需求當(dāng)作高程點(diǎn)上圖。

1.4數(shù)據(jù)采集與編輯

立體采集使用全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站完成。模型定向采用空三自動恢復(fù)模型進(jìn)行立體測圖，減少二次誤差，提高立體測圖精度。地物、地貌要素的采集按編碼分層進(jìn)行，分類碼執(zhí)行GB/T 13989-92《國家基本比例尺地形圖和編號》。

采集作業(yè)前對空三精度進(jìn)行檢查。利用像控點(diǎn)進(jìn)行檢測，在精度滿足作業(yè)時(shí)才進(jìn)行作業(yè)。采集時(shí)對外業(yè)施測的檢查點(diǎn)進(jìn)行檢查，誤差超限點(diǎn)經(jīng)外業(yè)核實(shí)、解決。部分外業(yè)檢查點(diǎn)用于圖面高程注記點(diǎn)。高程注記點(diǎn)一般選在明顯地物點(diǎn)或地形點(diǎn)上，等高線注記合理。

圖形編輯在南方CASS8.0軟件平臺上完成，主要編輯工作如下：

1）首先將工作站采集的圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAD數(shù)據(jù)（*.dwg）文件；2）進(jìn)行圖層、顏色、線型及線寬等的處理；3）進(jìn)行點(diǎn)線矛盾的處理；4）進(jìn)行圖面的整理：主要體現(xiàn)在等高線協(xié)調(diào)性、與地物關(guān)系處理及地物與地物之間關(guān)系的處理；5）線的連續(xù)、道路末端用地類界封閉；6）編輯整理后作業(yè)員進(jìn)行自校和接邊檢查，注意接邊處地物、地貌的性質(zhì)和類別的一致性，并套合DOM進(jìn)行了丟漏檢查；7）數(shù)據(jù)進(jìn)行接邊處理。

1.5 DEM生成

DEM生成采用相應(yīng)的專業(yè)軟件生成，保證精度和DLG數(shù)據(jù)一致。其基本的作業(yè)流程是：1）收集DLG的三維數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成DXF格式；2）利用專業(yè)軟件進(jìn)行內(nèi)插并轉(zhuǎn)換生成DEM；3）使用裁剪功能對生成的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分幅裁切，生成為標(biāo)準(zhǔn)圖幅的*.grd格式數(shù)據(jù)。

1.6 DOM制作

利用DEM成果數(shù)據(jù)，引入專業(yè)軟件生成正射影像。對生成后的單片正射影像圖套合DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行了精度檢查并確認(rèn)修改。

單片正射影像通過軟件進(jìn)行勻光、鑲嵌、裁圖工作，生成單幅DOM數(shù)據(jù)；在Photoshop及Global Mapper軟件里進(jìn)行檢查、編輯主要檢查影像的模糊、重影、變形、云影、劃痕、圖面局部及總體色調(diào)等方面。

2　成果精度與質(zhì)量控制

2.1地形圖精度

1）平面精度檢查。平面精度檢查使用GPSRTK和全站儀兩種方法進(jìn)行，對庫區(qū)內(nèi)的地形要素進(jìn)行抽樣采集，并和地形圖上相應(yīng)要素的平面成果進(jìn)行比較，從而獲得地形圖平面精度。

2）高程精度檢查。高程精度檢查也采用GPS-RTK和全站儀兩種方法進(jìn)行，對庫區(qū)內(nèi)的地形要素進(jìn)行抽樣，并和地形圖上相應(yīng)要素的高程結(jié)果比較，從而獲得地形圖高程精度。

2.2質(zhì)量控制

成果、成圖的檢查實(shí)行兩級級檢查一級驗(yàn)收制。兩級檢查主要是對中間過程成果進(jìn)行檢查，一級驗(yàn)收是對最終成果、成圖進(jìn)行驗(yàn)收。

地形圖檢查：作業(yè)員首先自查、互查后，由作業(yè)單位進(jìn)行檢查，檢查通過后交付質(zhì)檢部門根據(jù)圖式、規(guī)范進(jìn)行圖面的檢查。

DEM與DOM精度檢查：對于DEM與DOM的精度控制主要依據(jù)數(shù)字測繪產(chǎn)品成果要求，利用數(shù)據(jù)采集編輯好的地形圖成果對生成的DEM數(shù)據(jù)和制作的DOM成果進(jìn)行精度檢查，將地形圖上的點(diǎn)、線與DEM、DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行套合檢查。DEM主要檢查是否有高程異常點(diǎn)、接邊是否完好。DOM主要檢查影像與地形圖的套合精度、影像顏色過渡是否自然、反差是否適中。對于有問題的圖幅第一時(shí)間反饋給作業(yè)區(qū)間進(jìn)行修改。

3　結(jié)語

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)是水利工程設(shè)計(jì)與建設(shè)、庫區(qū)大壩管理信息系統(tǒng)、水害災(zāi)情分析與預(yù)警系統(tǒng)等工作的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的獲取方式主要是通過地面測量獲得地形圖，進(jìn)而利用地形圖數(shù)字化構(gòu)建DEM。無人機(jī)的推出，解決了大飛機(jī)難以進(jìn)行小區(qū)域測繪的尷尬，迅速成為小范圍、高效率、低成本數(shù)字化測繪的主要技術(shù)手段，并能提供完整的數(shù)字化測繪成果（DLG、DOM、DEM、三維可視化）。本文針對水庫基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新所設(shè)計(jì)的無人機(jī)航測方案，具有一定的實(shí)用價(jià)值，對拓寬無人機(jī)低空數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也具有重要意義。

（責(zé)任編輯遲明春）

作者簡介：李鳳立（1979—），男，工程師

收稿日期：2015-03-27

【中圖分類號】P231

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1009-6159（2016）-01-0032-02