無人機和裸眼測圖技術在懷洪新河河道河勢監(jiān)測中的應用

（安徽省長江河道管理局 蕪湖 241000）

1 工程概況

懷洪新河是淮河中游興建的一項治淮戰(zhàn)略性骨干工程，屬淮河流域洪澤湖—漴潼河水系，流域面積12000km2，流經安徽懷遠、固鎮(zhèn)、五河和江蘇泗洪縣。由于自然—人工驅動的水沙及河床邊界發(fā)生的變異，以及由此引發(fā)的堤防安全、險段治理等問題，開展懷洪新河河道河勢穩(wěn)定監(jiān)測分析是極其重要。通過河勢監(jiān)測，系統(tǒng)梳理河道沖淤總量及年際變化規(guī)律，為懷洪新河安徽段河道管理及維護堤防安全提供理論支撐，同時為淮河險工險段的治理及相關技術的研發(fā)提供基礎資料。

2 監(jiān)測內容和方法

監(jiān)測的主要內容包括：河道地形及斷面測量，地形圖比例1∶2000，河道斷面間距500m，平面坐標采用國家大地2000 坐標系，高程采用1985 國家高程基準；利用原始地形及斷面測量資料，結合本次監(jiān)測成果進行斷面套繪和資料匯編。

陸上地形采用無人機中海達iFlyV5 進行航拍，POS 文件獲取采用PPK 方法，利用EPS 軟件制作線化圖。航攝比例尺1∶1000，數字正射影像圖地面分辨率0.1m，線化圖成圖比例尺為1∶2000。水下地形測量采用橫斷面法，斷面方向大致垂直于主流方向，測點的平面定位采用海星達iRTK2 以實時差分的方法定位，水深采用HY-1600 超聲波測深儀進行測量，并由計算機控制進行同步采集存儲，確保平面定位與水深測量同時同位進行。本文以陸上無人機和裸眼測圖技術應用探討為主，其主要技術流程如圖1所示。

圖1 主要技術流程圖

2.1 外業(yè)航片和像控點采集

航線規(guī)劃設計過程中視空域情況、河流走向靈活確定航線方向，航向重疊率設置為80%，旁向重疊率設置為70%，航攝人員時刻關注攝區(qū)云圖、地方天氣預報，綜合決定飛行情況，航攝人員提前一周向空域主管部門提出申請。外業(yè)像控點布設主要按區(qū)域網法進行布點，一般布設在測區(qū)的四個角和中間位置，像控點的目標影像清晰，易于判別。外業(yè)測量像控點時，需拍攝現場照片，便于人工判別。

2.2 無人機內業(yè)數據處理

無人機航測數據后處理采用恩威無人機數據和航空影像處理軟件，通過坐標系統(tǒng)設置、相片導入和像控點刺點等流程，獲得測區(qū)的正射影像和數字表面模型等成果數據。DOM 和DSM 數據處理主要分為四個步驟：

（1）影像初始化：新建項目， 在項目中導入影像、飛行文件、PPK 處理過的POS文件和相機參數，進行簡單的圖片拼接，初步檢查數據成果是否要求。

（2）像控點刺點：為了提高航拍精度，后處理中加入了像控點數據。刺點分為平面刺點和空三射線刺點。平面刺點一般在初始化處理前或使用本地坐標系時采用，在照片上刺點難度稍大，先要預估在照片中的位置，再進行精確刺點。在初始化處理完成后進行空三射線刺點，軟件能自動查找照片像控點的位置，可以快速并精確地刺點。

（3）空三加密和平差：計算機對重疊的航拍照片自動匹配連接點，獲取每張影像的相對姿態(tài)位置，通過對參數的改正，精確計算出空三加密成果，再進行相對和絕對平差，點云處理和紋理匹配，通過像控點對空三成果進行進一步平差和校正。

（4）質量檢查和成果輸出：數據處理完畢后，會自動生成一個質量報告，重點檢查影像的分辨率、相機的參數差異、像控點精度和誤差，對超限參數進行研判，查找原因，提出不合格的數據或補飛，直至成果符合設計書中參數要求。然后對數據進行導出，輸出成果主要包括點云數據、正射影像數據和地表高程數據，還可對點云進行抽稀和制作等高線。

2.3 EPS 數字測圖

導入正射影像DOM 和數字高程模型DEM，把DOM 和DEM 合并生成DSM 實景三維模型。加載超大影像時，在二維窗口中選擇DOM 正射影像數據，在三維窗口加載DSM 實景表面模型，采用二維和三維聯動一體化測圖模式進行數據的采集，可以根據實際需要進行多視角切換，提取垂直模型高程點和等高線，提取地物的特征點，如堤防的拐點、房角、路拐等，繪制坡坎、植被，并進行文字等屬性的標注。

線畫圖初步制作完成后，到野外進行現場調繪和修改，檢查數據質量，校核點精度是否符合要求，各方面均滿足后，導出DWG 格式文件，正射影像和線畫圖如圖2所示。

圖2 正射影像和線畫圖

2.4 質量控制

采用二級檢查一級驗收制度，重點檢查數學精度、地理精度和整飾質量。數據質量檢查包含兩部分：第一部分為影像點位校核，在野外制作像控點時采集一批校核點，影像數據完畢后，檢查該批校核點數據的偏差；第二部分為DWG 線畫圖校核，主要采用RTK 儀器對DWG 測圖中高程點、建筑物拐點進行檢校，通過野外獲取的地形點對照地形圖進行檢測。

對采集的成果進行分析發(fā)現，第一部分基本定向點平面誤差為0.11m，高程誤差為0.09m，多余控制點平面誤差為0.15m，高程誤差為0.11m，滿足規(guī)范和設計書要求；第二部分現場實測的坐標和DWG測圖坐標進行比對，平面中誤差0.13m，高程中誤差0.14m，滿足1∶2000 比例尺地形圖要求。

3 結語

在懷洪新河河道河勢監(jiān)測中，利用無人機航拍和影像處理系統(tǒng)可快速獲取河道正射影像和數字地表模型，采用PPK 技術可大幅減少外業(yè)布置像控點的工作量，使用北京三維EPS 軟件平臺中的垂直攝影測量模塊，生成并加載垂直攝影模型，方便地進行多視角繪圖，快速、高精度實現河道地形圖的制作，大大提高了內外業(yè)工作效率。無人機和裸眼測圖技術的發(fā)展，顛覆了傳統(tǒng)測量模式和觀念，提供高質量的測圖，為懷洪新河治理提供高精度的監(jiān)測基礎成果■