無人機(jī)航測在水利工程測量中的應(yīng)用

田思山

摘要：科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使得我國整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)有了更大的發(fā)展空間，使得我國快速進(jìn)入現(xiàn)代化發(fā)展階段。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，其已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。其中無人機(jī)航測技術(shù)在水利工程測量方面取得很好的效果。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)航測；水利工程測量；應(yīng)用

我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開各行業(yè)的大力支持和國家政策的扶持，尤其是近年來我國科技的快速發(fā)展使得我國整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)又上了一個(gè)新的臺(tái)階。水利工程測量主要包括地形測量、縱橫斷面測量、平面高程控制測量、定線放線測量及形狀變化測量等。山區(qū)水利工程，云層偏低、地形復(fù)雜，傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感和光學(xué)測量不能進(jìn)行準(zhǔn)確的測定，平原地區(qū)的水利工程采用傳統(tǒng)方法測量的準(zhǔn)確性較高。而利用無人機(jī)航測技術(shù)可大大降低人力物力的投資，同時(shí)無人機(jī)具有云下作業(yè)功能，所拍攝的影像分辨率較高，極大的提高平原、山區(qū)及云層較厚條件下水利測量的效率。

1水利工程勘測中無人機(jī)航測應(yīng)用優(yōu)勢

無人機(jī)航測技術(shù)在不斷發(fā)展，并在諸多領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用，取得了顯著的效果。無人機(jī)航測具有類型多、功能全面、效率高等優(yōu)勢。無人機(jī)對起飛的地點(diǎn)沒有過多的要求，所以無需專業(yè)的起飛跑道，只需要一小塊平整的土地就可以起飛進(jìn)入測繪工作，具有快速起飛的性能，在測繪過程中也可以有效發(fā)揮應(yīng)急功能。當(dāng)外部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，無人機(jī)航測可以不受影響正常起飛和降落。航測無人機(jī)體積小，能夠在復(fù)雜的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)正常的飛行，飛行測繪過程中無人機(jī)所拍攝的影像十分清晰，無需再次對影像加工處理，這在很大程度上提高了水利測繪的效率和質(zhì)量。無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)勘測工作，保證測繪的安全性。無人機(jī)航測可以在一定程度上節(jié)省資金成本，在飛行高度1000m以下的水利測繪工作中，無人機(jī)起飛和降落的過程中都不需要消耗過多的能源成本，同時(shí)還可以在很大程度上減少活動(dòng)周期。所以，無人機(jī)航測可以有效保證測繪的科學(xué)性和安全性。

2無人機(jī)水利工程測量應(yīng)用

2.1無人機(jī)航測外業(yè)流程

無人機(jī)航拍作業(yè)的流程為：控點(diǎn)布設(shè)-航線設(shè)計(jì)-飛行作業(yè)，無人機(jī)最大的益處就是能夠解決人為誤差，因?yàn)槿嗽诳攸c(diǎn)布設(shè)的時(shí)候存在著一定的誤差。在進(jìn)行無人機(jī)航測時(shí)首先要確定使用多大的比例尺來進(jìn)行測量工作。然后可以使用GoogleEarth軟件來進(jìn)行精準(zhǔn)定位，在每段合適的距離處設(shè)置一定的控制點(diǎn)位。布控點(diǎn)的確定一定要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡貏莪h(huán)境進(jìn)行合理的分析，一般使用的方法有導(dǎo)線測量、空中三角測量、GPS靜態(tài)測量、RTK測量等，在實(shí)際開展測量過程中要結(jié)合實(shí)際的環(huán)境選擇最合適的測量方法。然后在無人機(jī)航線的設(shè)計(jì)方面，需要把很多因素考慮，比如地面分辨率、旁向重疊度、航向重疊度、分區(qū)高差、飛行高度、飛行路程、飛行安全等等，因此在進(jìn)行飛行前可以手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)試好飛行器攝像頭的焦距。根據(jù)不同的地勢環(huán)境和項(xiàng)目需求，這些參數(shù)的設(shè)置要經(jīng)過計(jì)算和驗(yàn)證之后再進(jìn)行設(shè)置。

2.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

首先數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，將飛行結(jié)束后的機(jī)內(nèi)存卡數(shù)據(jù)導(dǎo)出，要重點(diǎn)調(diào)整航向旁向的傾角、偏旋角度、航拍范圍信息，對航拍位置和影像進(jìn)行系統(tǒng)處理，包含旁向傾角、航向傾角、拍攝時(shí)間、拍攝位置等信息，將收集的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行對比并加以整合，建立相應(yīng)的地理位置影像縮略圖，設(shè)計(jì)控點(diǎn)布設(shè)點(diǎn)并對相應(yīng)的影像進(jìn)行標(biāo)記，確定獨(dú)立的坐標(biāo)位置。確定信息的姿態(tài)和位置系統(tǒng)（positionandorientationsystem，POS）信息準(zhǔn)確無誤后，可進(jìn)行存儲(chǔ)備用。

2.3數(shù)據(jù)解算

數(shù)據(jù)解算是無人機(jī)航測內(nèi)業(yè)處理中最重要的環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)解算是否正確、合理、精準(zhǔn)，將直接對水利工程勘測工作的質(zhì)量和效率產(chǎn)生影響，甚至對整個(gè)水利工程產(chǎn)生影響。因此，技術(shù)人員在數(shù)據(jù)解算環(huán)節(jié)中，應(yīng)該嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)解算的精準(zhǔn)、合理。在數(shù)據(jù)解算過程中，首先，要新建項(xiàng)目，將數(shù)據(jù)等導(dǎo)入到新建項(xiàng)目中，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，修改圖像坐標(biāo)系等，使得所有的航拍影像能夠匹配到其位置信息。再根據(jù)相機(jī)檢校參數(shù)對軟件的參數(shù)信息進(jìn)行修改，以此來達(dá)到數(shù)據(jù)處理最優(yōu)化。其次，要打開控制點(diǎn)編輯器，選擇控制點(diǎn)坐標(biāo)系，尋找測區(qū)合適的坐標(biāo)系，然后將外業(yè)完成布設(shè)的像控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，同時(shí)在平面編輯器對每一個(gè)像控點(diǎn)所在的航拍進(jìn)行標(biāo)記。再次，要對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，第一步初始化處理，而后根據(jù)初始化處理結(jié)果進(jìn)一步進(jìn)行精細(xì)化處理，通過調(diào)整每一個(gè)像控點(diǎn)的控點(diǎn)位置，再次進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，直到數(shù)據(jù)處理能夠使得像控點(diǎn)的精度達(dá)到工作要求。在數(shù)據(jù)處理完成后，還需要使用檢查點(diǎn)也對數(shù)據(jù)處理進(jìn)行檢查，檢查通過后，才算完成必須的本地?cái)?shù)據(jù)處理任務(wù)。最后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出工作。

2.4其他的數(shù)據(jù)算法

單歷元解算方案是在20世紀(jì)末提出來的一種算法。該算法的核心思想是：首先，觀測者需要利用現(xiàn)有的技術(shù)加強(qiáng)對于GPS點(diǎn)的近似坐標(biāo)的確定，定位誤差一定要在±2m意外。其次，進(jìn)行基本的衛(wèi)星星座選擇。在此過程中，一般采用PODP值最小、幾何形狀最好的4顆衛(wèi)星，利用雙差分方程計(jì)算相關(guān)坐標(biāo)。第三，根據(jù)以上計(jì)算的坐標(biāo)計(jì)算所有衛(wèi)星的模糊函數(shù)值，然后進(jìn)行篩選，構(gòu)建新的模糊搜索空間。第四，在構(gòu)造的模糊度搜索空間中，采用雙差分方程和最小二乘估計(jì)方法計(jì)算殘差平方和。最后用F檢驗(yàn)確定模糊度。

3結(jié)語

簡而言之，無人機(jī)航測在水利工程測量中已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，為水利測量做出了重要的貢獻(xiàn)，但是在實(shí)際開展工作的過程中，很多參數(shù)的設(shè)定需要結(jié)合現(xiàn)場的環(huán)境進(jìn)行實(shí)際調(diào)試，另一方面無人機(jī)航測還存在一定的問題，這些問題的解決有助于促進(jìn)無人機(jī)航測進(jìn)一步發(fā)展，更好地服務(wù)于水利工程的測量。

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（作者單位：山東潤地測繪地理信息有限公司）