無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工程測(cè)繪的應(yīng)用研究

焦淑艷

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

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工程測(cè)繪的應(yīng)用研究

焦淑艷

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

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工程測(cè)繪的應(yīng)用，能夠有效提升水電工程測(cè)繪的工作效率，對(duì)水電工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，具有重要作用。本文在對(duì)無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工程測(cè)繪的應(yīng)用，并結(jié)合無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工程測(cè)繪的應(yīng)用案例，分析了無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中的工作內(nèi)容，以期為相關(guān)人士提供借鑒。

無(wú)人機(jī)低空攝影；水電工程；工程測(cè)繪

0 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)力的進(jìn)一步提高，無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)憑借其起落靈活、可靠性高和作業(yè)成本低的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其在水電工程領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工測(cè)繪中的有效應(yīng)用，極大提升了測(cè)繪的效率和精準(zhǔn)度，具有良好的應(yīng)用效果。為此，應(yīng)不斷對(duì)無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其更好地為水電工程的測(cè)繪工作服務(wù)。

1 無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)包括低空攝影系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中，低空攝影系統(tǒng)主要由飛行平臺(tái)、自動(dòng)駕駛儀和數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成，負(fù)責(zé)執(zhí)行低空攝影和測(cè)量的工作。地面控制系統(tǒng)主要由地面運(yùn)輸系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)地面控制設(shè)備和數(shù)據(jù)接收和交換器構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)對(duì)無(wú)人機(jī)的全面控制和對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)射信號(hào)的接收工作。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)低空攝影前期的航線(xiàn)制定工作和對(duì)接收無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)的處理工作。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的工作流程為：首先，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)制定低空攝影的航線(xiàn)，然后應(yīng)用地面控制系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空攝影，并將所拍攝到的數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送給地面控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和交換，最后，由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)低空攝影的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，確定是否需要補(bǔ)拍，由此完整完成無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的工作流程[1]。

2 無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工程測(cè)繪的應(yīng)用

（一）作業(yè)準(zhǔn)備階段

首先，要依據(jù)水電工程測(cè)繪的實(shí)際需求，合理選擇無(wú)人機(jī)低空攝影設(shè)備的型號(hào)。然后，搜集和整理水電工程測(cè)繪項(xiàng)目的相關(guān)資料，做到對(duì)測(cè)繪項(xiàng)目的要求了然于胸，對(duì)于資料中不符合無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)要求的，要予以實(shí)時(shí)調(diào)整。最后，要對(duì)無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的作業(yè)場(chǎng)地進(jìn)行勘察，根據(jù)場(chǎng)地特點(diǎn)，合理規(guī)劃航線(xiàn)，并對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行全面的檢查，確保其安全性能，從而為測(cè)量工作奠定良好基礎(chǔ)[2]。

（二）外業(yè)實(shí)施階段

首先，要對(duì)無(wú)人機(jī)低空攝影設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，使無(wú)人機(jī)能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量。然后，對(duì)無(wú)人機(jī)低空攝影的質(zhì)量進(jìn)行檢查，如果在檢查中發(fā)現(xiàn)低空攝影結(jié)果存在漏洞，則應(yīng)重新設(shè)計(jì)航線(xiàn)和無(wú)人機(jī)低空攝影設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行補(bǔ)拍工作。如果檢查結(jié)果不存在漏洞，則可以對(duì)低空攝影的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)處理，從而完成低空攝影測(cè)量的輔助工作。最后，依據(jù)低空攝影攝像點(diǎn)的分布位置，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和記錄，同時(shí)，要依據(jù)修正畸變差后的影像數(shù)據(jù)，對(duì)攝像點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)量、修正和記錄，確保外業(yè)記錄的準(zhǔn)確性，為精確處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)做好鋪墊。

（三）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理階段

首先要對(duì)低空攝影的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，確保數(shù)據(jù)的保密性。然后，利用數(shù)字高程模型和數(shù)字正攝影數(shù)據(jù)集生成無(wú)人機(jī)低空攝影的模型，并對(duì)生成的模型進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，同時(shí)要確保數(shù)據(jù)輸出結(jié)果的真實(shí)性，之后進(jìn)行數(shù)字規(guī)劃地圖的成果輸出，最后，整理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理階段的所有數(shù)據(jù)資料并檢查內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的各個(gè)流程，確保準(zhǔn)確無(wú)誤后，提交測(cè)量結(jié)果。

3 無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工程測(cè)繪的應(yīng)用案例

（一）工程概述

本次案例采用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)某水電站進(jìn)行測(cè)繪，該水電站高1900米，最低海拔和最高海拔相差300米，測(cè)量區(qū)域的總面積為5.4km2,采用生成數(shù)字高程模型、數(shù)字正攝影數(shù)據(jù)集和數(shù)字規(guī)劃地圖的方式，對(duì)其進(jìn)行測(cè)繪。

（二）準(zhǔn)備階段

首先要依據(jù)測(cè)量區(qū)域的特點(diǎn)，選擇合適的無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量設(shè)備。本次測(cè)量所選用的無(wú)人機(jī)是安全性能較好的衛(wèi)星固定翼無(wú)人機(jī)，低空攝影設(shè)備選用的是佳能EOS450D單反相機(jī)。然后，要合理規(guī)劃設(shè)計(jì)低空攝影的路線(xiàn)。本次測(cè)量選用的低空攝影設(shè)備自帶遙感系統(tǒng)，能夠依據(jù)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的地理情況、場(chǎng)地情況和攝影的分辨率，自行規(guī)劃攝影路線(xiàn)，共設(shè)計(jì) 11條低空攝影線(xiàn)路。最后，要對(duì)無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量區(qū)域進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，排除可能影響拍攝結(jié)果的干擾因素，確保拍攝工作的順利。

（三）外業(yè)實(shí)施階段

首先，由于無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量設(shè)備類(lèi)型多種多樣，因此要合理規(guī)劃攝像點(diǎn)的分布位置，同時(shí)根據(jù)低空攝影控制點(diǎn)基線(xiàn)數(shù)跨度對(duì)攝像點(diǎn)的分布密度進(jìn)行估算。本次測(cè)量中共布設(shè)了8條基線(xiàn)，兩側(cè)的水庫(kù)邊緣布設(shè)4條基線(xiàn)，并在旁向測(cè)試區(qū)域內(nèi)較為平緩的方位設(shè)置一條基線(xiàn)，相對(duì)起伏較大的區(qū)域則依據(jù)航帶進(jìn)行布置。然后，在確定低空攝影路線(xiàn)后，進(jìn)行測(cè)量區(qū)域的低空拍攝工作，并對(duì)低空攝影進(jìn)行拍攝處理，利用POS數(shù)據(jù)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，確保低空攝影數(shù)據(jù)的真實(shí)性。最后，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)中畸形數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。在修正畸形數(shù)據(jù)的過(guò)程中，要借助空中三角測(cè)量的方式，對(duì)畸形數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。并對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，確保水電工程測(cè)量數(shù)據(jù)的機(jī)密性。

（四）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理階段

首先，要制作數(shù)字規(guī)劃地圖。采用無(wú)人機(jī)低空攝影的遠(yuǎn)景平臺(tái)進(jìn)行內(nèi)業(yè)制作，根據(jù)外業(yè)測(cè)量的等高線(xiàn)數(shù)據(jù)繪制拋物線(xiàn)，確保數(shù)字規(guī)劃地圖的一致性。依據(jù)外業(yè)采集的照片，在外業(yè)測(cè)繪的地圖上進(jìn)行實(shí)物標(biāo)記，將數(shù)據(jù)采集的高程點(diǎn)作為地形的控制點(diǎn)，繪制等高線(xiàn)，利用CAD作圖軟件對(duì)其進(jìn)行編輯和圖層轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字規(guī)劃地圖的制作。然后，制作數(shù)字高程模型和數(shù)字正攝影數(shù)據(jù)集。借助 Map Matrix4平臺(tái)和空中三角測(cè)量技術(shù)生成數(shù)據(jù)高程模型，根據(jù)具有高精度特點(diǎn)的數(shù)據(jù)高程模型，對(duì)影像進(jìn)行修正，在低空攝影的遠(yuǎn)景平臺(tái)下，進(jìn)行人工編輯，適當(dāng)調(diào)整色調(diào)促使其趨于平衡，并通過(guò)自動(dòng)鑲嵌處理，形成數(shù)字正攝影像，然后對(duì)拍攝測(cè)量區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)正攝影數(shù)據(jù)集進(jìn)行圖面標(biāo)注和圖廓裝飾，從而完成數(shù)據(jù)高程模型和數(shù)據(jù)正攝影像數(shù)據(jù)集的測(cè)繪。

4 結(jié)論

通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)，在利用無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)進(jìn)行水電工程測(cè)繪時(shí)，通過(guò)在準(zhǔn)備階段合理規(guī)劃低空攝影路線(xiàn)，能夠?yàn)闇y(cè)量工作奠定良好基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，合理布控?cái)z像點(diǎn)的位置和分布密度，有利于確保測(cè)量結(jié)果的精確性。此外，利用CAD軟件對(duì)數(shù)字規(guī)劃地圖進(jìn)行繪制，能夠有效提升地圖的準(zhǔn)確性和層次性。因此，在利用無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)進(jìn)行水電工程測(cè)繪時(shí)，可以采用上述方法。

[1]尚海興，薛紹軍，雷建朝等.無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在水電工程測(cè)繪的應(yīng)用[J].西北水電.2014[11].

[2]谷國(guó)濤，吳良才.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)及其應(yīng)用[J].科技致富向?qū)?2011[10].

[3]牛君瑜，孫超江.無(wú)人機(jī)技術(shù)在水利領(lǐng)域應(yīng)用的探討[J].海河水利.2012[10].

[4]劉慶元，楊文杰，文繼超等.基于 PDA的無(wú)人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].測(cè)繪工程，2011，20（6）：1-4.

[5]王明虎,黃留波.論水利水電工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（28）.

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1007-6344（2017）09-0337-01

焦淑艷（1980-），工程師，本科，主要從事航測(cè)方面的工作。