無人機攝影測量在水文站斷面測量中的應(yīng)用

矯麗娜

摘要：傾斜攝影數(shù)據(jù)模型重建特點傾斜攝影數(shù)據(jù)模型重建是將正射和斜射照片進(jìn)行影像拼接處理的全過程。處理過程主要概括為3步。第一步：影像重疊度、像片傾角和旋角、像點位移糾正。第二步：聯(lián)合平差，對相片進(jìn)行空中三角測量。第三步：重建多維融合模型包括DOM、DSM、DEM、數(shù)字點云等數(shù)據(jù)模型。本文對無人機攝影測量在水文站斷面測量中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：無人機攝影測量;水文站;斷面測量

引言

改進(jìn)水資源監(jiān)測系統(tǒng)是實施最嚴(yán)格的水資源管理系統(tǒng)的主要保障措施之一。水資源分配、水權(quán)分配以及監(jiān)測和管理工作對水文和水資源監(jiān)測提出了更高的要求。該段具有以下特點：1）具有明顯的山區(qū)河流特征;2）段位于水庫末端，河道深，水位變化很大;3）該段由易受湍流影響的新儲層的回流支撐，段內(nèi)不同位置存在水流模式差異很大的現(xiàn)象;4）干旱時流速小，橫截面大，導(dǎo)致橫截面速度很低。洪水和斷面的特點決定了建設(shè)比普通河流更難的自動監(jiān)測系統(tǒng)的復(fù)雜性。

1自動監(jiān)測系統(tǒng)功能與特性

水文站利用各種監(jiān)測設(shè)備和軟件系統(tǒng)建立了自動監(jiān)測系統(tǒng)，主要可發(fā)揮以下功能：1） 24小時連續(xù)在線監(jiān)測降水、單位流量、水位和沉積物含量，并通過定期自報或呼叫收集信息。監(jiān)視頻率和工作模式可以在本地設(shè)置，也可以按時間段或時間模式設(shè)置。2）實時采集斷面流速和水位數(shù)據(jù)，在實時采集流速、水位和水位面積關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用流速面法分析計算斷面水流。3）收集到的降水、水位、速度、流量和沉積物含量等信息可通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教k事處的數(shù)據(jù)中心。4）具有比較測試數(shù)據(jù)的后置處理功能，可以存儲1a以上的監(jiān)控數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)下載、設(shè)備故障自動報警和異常等。5）相應(yīng)的參數(shù)配置可根據(jù)水位和流速的變化而變化[7-9]。該自動監(jiān)測系統(tǒng)主要具有以下特點：（1）降水、水位、流量和沉積量自動監(jiān)測系統(tǒng)，由雨量計、浮水水位儀、氣泡水位儀、水平ADCP、垂直ADCP、沉積測量儀和工業(yè)計算機服務(wù)器組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、維護方便等特點。2）良好的兼容性和可擴展性。3）采用各種技術(shù)手段，如水平和垂直ADC、纜車?yán)走_(dá)波測速儀和導(dǎo)航ADC來監(jiān)測流量，確保流量監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

2水文站在線監(jiān)測

2.1水位

水文站采用雷達(dá)水位儀，可利用GPRS進(jìn)行信號傳輸實現(xiàn)遙感和傳輸，安裝方便，受水面漂浮物體影響較小。浮水水位儀和氣泡水位也是黃河上游最常用的自動水位采集儀器。水位指示器通常是通過能夠有效降低水面影響的自密井安裝的。但是，水位自密井容易受到沉積層的影響，需要定期梳理和封存。氣泡水位指標(biāo)可以實現(xiàn)冰河期和平穩(wěn)流動期水位的自動觀測，解決高寒地水位觀測問題。

2.2泥沙

沉積物監(jiān)測是水文站常規(guī)監(jiān)測中最復(fù)雜、最復(fù)雜的元素。傳統(tǒng)的測試方法耗時費力，是水文現(xiàn)代化的瓶頸。隨著新技術(shù)的不斷改進(jìn)，經(jīng)過調(diào)查，HSW。介紹了水文站的槽-1同位素測定儀，并進(jìn)行了對比試驗，取得了良好的對比效果，實現(xiàn)了沉積物濃度在線實時監(jiān)測。

2.3水面蒸發(fā)

水文站采用全自動水蒸發(fā)觀測裝置，自動充水、排水、采集蒸發(fā)管（E-601型）中的水面高度，能夠?qū)崿F(xiàn)水蒸發(fā)的日常計算、水蒸發(fā)的自動觀測和傳輸，目前已獲批準(zhǔn)并投入運行，這使得非天氣水蒸發(fā)的自動觀測更加準(zhǔn)確，顯示了蒸發(fā)變化過程，對水蒸發(fā)的研究具有重要意義。對于北方地區(qū)來說，冬天有凍脹現(xiàn)象，但自動蒸發(fā)設(shè)備不能使用，這需要進(jìn)一步的研究和解決。

2.4測站視頻監(jiān)控

車站建成了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以根據(jù)需要實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。不僅可以改善水文站測試設(shè)施和設(shè)備的安全管理，還可以遠(yuǎn)程觀測水位，為通過視頻觀測水位創(chuàng)造條件。今后，根據(jù)開展勘測工作的需要，可以在勘測處建設(shè)視頻監(jiān)控中心，實時監(jiān)測試驗的剖面圖像，指導(dǎo)洪水或特殊水情期間的現(xiàn)場試驗，提高勘測預(yù)報工作效率。

3航測作業(yè)

3.1像控點測量

在空曠地帶像控點測量采用南方銀河1PLUSGPS，房屋及樹木密集地帶采用全站儀。區(qū)域內(nèi)所有像控點均為平高點，采用實時動態(tài)差分定位（RTK）技術(shù)進(jìn)行像控點測量，每個像控點觀測2次，每次采集30個歷元，采樣時間間隔1s。2次觀測成果在野外現(xiàn)場比對，平面位置較差<5cm，高程較差<5cm，所有觀測成果均滿足要求。像控點的平面中誤差符合1∶2000正射影像成圖精度要求，最大誤差<2倍中誤差。

3.2數(shù)字正射影像制作

介紹空三結(jié)果，創(chuàng)建檢驗區(qū)域文件，然后恢復(fù)模型。定義工作空間，生成環(huán)形圖像，并將環(huán)形圖像進(jìn)行匹配，以形成匹配的點和相同的視差曲線。應(yīng)盡可能靠近控制點連接線來確定工作區(qū)域。對于高度差異較大的區(qū)域，圖像對之間沒有裂縫。檢查匹配結(jié)果，并根據(jù)需要進(jìn)行交互式編輯以生成單個DEM模型。根據(jù)單模型DEM和照片的參數(shù)，采用差分校正方法對圖像進(jìn)行校正和重新采樣，生成單模型DOM。mapmatrix single mode DOM生產(chǎn)過程：創(chuàng)建立體圖像對→表極重采樣→圖像匹配→ Singlemode-DEM→數(shù)字差分校正→單芯片DOM→圖像拼接→完整DOM卡。檢查并調(diào)整相鄰影片之間的色調(diào)或顏色差異。調(diào)整后，將執(zhí)行圖像拼接，接合整個DOM，并修復(fù)邊緣連接區(qū)域中模糊和缺失的圖像。

4河道斷面測量

（1）21個水文站斷面及周邊斷面數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理，由于無人機攝影測量受天氣的影響較大，外業(yè)在選擇天氣良好，能見度高的天氣進(jìn)行無人機航拍，外業(yè)歷時5d，同時并行進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理6d，前后共花費11d。通過對水文站采用無人機航空攝影測量，可以大大縮短測量時間，節(jié)約大量的人力、物力。（2）對水文站進(jìn)行數(shù)字正射影像、空中三角測量數(shù)據(jù)成果繪制水文站及周邊情況分布圖，對獲得的數(shù)據(jù)成果采用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量驗證。結(jié)果表明，采用數(shù)字正射影像、空中三角測量技術(shù)能夠很好的滿足測量要求。（3）在測區(qū)范圍內(nèi)均勻選取不同地形地貌條件下的明顯地物特征點，分別實測其實地坐標(biāo)和量算DOM影像圖圖解坐標(biāo)，根據(jù)兩者差值計算平面中誤差，評價結(jié)果：該項目DOM影像圖數(shù)學(xué)精度滿足規(guī)范要求。

結(jié)束語

水文站組合采用多套流量測量儀和軟件系統(tǒng)，構(gòu)建了該站自動監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)降水、水位、流量和沉積量的自動采集、傳輸、計算、處理和存儲功能，特別是在線監(jiān)測不同水位和水文條件下的流量，為山區(qū)河流段自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]袁正學(xué).無人機空三攝影測量土石方量研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，31（S2）：293-295.

[2]孫運彬，李志剛.無人機、傾斜攝影在公路測量中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2018（09）：194-196.

[3]高尚.基于無人機的小流域地形提取技術(shù)[D].華北水利水電大學(xué)，2017.