航空攝影測(cè)量在水利工程地形測(cè)繪中的應(yīng)用與分析

張朝帥

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春130000）

水利工程的不斷建設(shè)與發(fā)展，推動(dòng)了水利工程測(cè)繪工作的不斷發(fā)展。在實(shí)際測(cè)量過程中，由于工程施工地區(qū)的面積、地形地貌、水文特征等多種地理環(huán)境的影響，加大了測(cè)繪的難度，對(duì)部分的測(cè)繪工作有著技術(shù)性的要求。與此同時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的弊端也逐漸突出，不僅無法保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，更無法滿足其他對(duì)測(cè)繪技術(shù)的要求，同時(shí)還造成時(shí)間、人員、資金的浪費(fèi)。而隨著科技的不斷發(fā)展，航空攝影測(cè)量技術(shù)橫空出世，并在各個(gè)領(lǐng)域中普遍應(yīng)用，尤其是在水利工程測(cè)繪方面，不僅滿足了現(xiàn)代發(fā)展中水利工程測(cè)繪工作的要求，更是能彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量工作中的不足，其測(cè)量技術(shù)的靈活性能有效解決傳統(tǒng)測(cè)量工作中的問題，從而降低了測(cè)量的成本，性價(jià)比極高。

1 航空攝影測(cè)量發(fā)展現(xiàn)狀

航空攝影測(cè)量是指通過各類飛行器與航攝儀器對(duì)地面進(jìn)行連續(xù)拍攝，在二者聯(lián)合應(yīng)用中，控制其對(duì)地面目標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量、調(diào)會(huì)、立體測(cè)繪等，結(jié)合實(shí)際拍攝的圖片，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)控制點(diǎn)的地形圖的繪制。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，而航天航空的發(fā)展也不僅僅局限于飛機(jī)的研制、使用和對(duì)外太空的探索，更多的是對(duì)飛行器具的研究，使飛行器具為國(guó)家的發(fā)展做貢獻(xiàn)，航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展正是科技研究人員對(duì)這一目標(biāo)努力的結(jié)果[1]。航空攝影測(cè)量技術(shù)如今逐漸向無線自動(dòng)化和信息化不斷轉(zhuǎn)變，利用無人飛行器配合信息技術(shù)，能對(duì)地面目標(biāo)實(shí)施精準(zhǔn)測(cè)量，例如，其中的地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)對(duì)地面進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量，而數(shù)字遙感系統(tǒng)更是具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)儲(chǔ)蓄功能，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存等。此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在地質(zhì)勘察以及海洋監(jiān)測(cè)等諸多方面發(fā)揮著巨大作用，對(duì)中國(guó)社會(huì)的發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。

2 航空攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 可靠性

水利工程的建設(shè)會(huì)受到多方面的制約，此類工程具有極高的復(fù)雜性，為確保工程建設(shè)的質(zhì)量和安全性，需要在工程實(shí)施前做好工程建設(shè)的準(zhǔn)備工作，工程測(cè)繪工作就是其中一項(xiàng)環(huán)節(jié)，也是最重要的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)。采用航空攝影測(cè)量技術(shù)能夠?qū)Ω鞣N限制因素進(jìn)行有效規(guī)避，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，根據(jù)設(shè)定路線使其飛行并進(jìn)行測(cè)量，增強(qiáng)了飛行器工作的穩(wěn)定性，提高了測(cè)量的安全性，通過航空攝影測(cè)量能夠?qū)Ω呶５貐^(qū)進(jìn)行拍攝，利用攝影設(shè)備的高級(jí)精密度，提升了航空拍攝測(cè)量的精準(zhǔn)度，為水利工程建設(shè)提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)了水利工程建設(shè)的發(fā)展[2]。航空攝影測(cè)量對(duì)于測(cè)量工作有系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)，在工作過程中按照系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)從而完成測(cè)量任務(wù)。在拍攝之前，技術(shù)人員要按照系統(tǒng)流程完成飛行計(jì)劃的制作。在飛行過程中，通過系統(tǒng)操控使其進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化操作，使飛行器輔助技術(shù)操作人員高質(zhì)量地完成目標(biāo)點(diǎn)的拍攝工作。飛行完成以后，對(duì)飛行路線進(jìn)行拍攝重現(xiàn)，檢查是否有地區(qū)遺漏，必要時(shí)立即進(jìn)行補(bǔ)拍工作，以確保拍攝工作的可靠性。

2.2 安全性

中國(guó)幅員遼闊，地形和地理氣候相對(duì)復(fù)雜，差異大，存在著一個(gè)地區(qū)多種地理風(fēng)景的特殊現(xiàn)象。受當(dāng)?shù)氐乩硪蛩赜绊?，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)采集技術(shù)會(huì)受到積雪和云層的干擾，測(cè)量結(jié)果存在著誤差，并且由于地理環(huán)境復(fù)雜，實(shí)際測(cè)量會(huì)對(duì)專業(yè)人員的生命安全造成一定的威脅[3]。而采用航空攝影測(cè)量技術(shù)能夠完美地對(duì)上述困難進(jìn)行克服和解決，凸顯了科技發(fā)展的重要性。航空拍攝并不受限于航高、地形地貌、氣候、界限等傳統(tǒng)測(cè)量時(shí)出現(xiàn)的影響因素，保證了操作人員和測(cè)量設(shè)備的安全性，并且其成像的質(zhì)量和精準(zhǔn)度更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)測(cè)量方法。

2.3 靈活性

在航空攝影過程中，無人機(jī)相對(duì)于其他航空拍攝設(shè)備而言，使用率比較高。無人機(jī)操作靈活，方便好學(xué)習(xí)，而且運(yùn)動(dòng)范圍大，限制因素少，對(duì)于起降場(chǎng)地的要求低[4]。在利用無人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量過程中，在飛行起飛前的準(zhǔn)備時(shí)間短，工作量小，在起飛后的測(cè)量工作中，根據(jù)其自身的體積小、飛行時(shí)靈活性高的特點(diǎn)，能在短時(shí)間內(nèi)完成拍攝工作，并且其儲(chǔ)存功能更是可以做到隨拍隨保存，有效地縮短了航空攝影測(cè)量的工作時(shí)間，充分體現(xiàn)出其靈活性的特點(diǎn)，提高了測(cè)量工作的效率。

3 航空攝影測(cè)量在水利工程地形測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1 在數(shù)據(jù)控制方面的應(yīng)用

由于中國(guó)地理環(huán)境的特殊性，水利工程的施工現(xiàn)場(chǎng)地形通常比較復(fù)雜，在施工現(xiàn)場(chǎng)可能存在著山地地形，或者是被積雪覆蓋、被樹木等植被覆蓋，并且地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致施工的難度增加，水利工程建設(shè)開展進(jìn)度比較慢，影響整體工程的建設(shè)速度[5]。在傳統(tǒng)的測(cè)量過程中，技術(shù)人員通常使用光學(xué)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量與采集，在遇到障礙物時(shí)，儀器將無法繼續(xù)測(cè)量，這種斷續(xù)性測(cè)量方式最終會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。而無人機(jī)輕便小巧，不僅可以克服障礙物的阻礙，還可以對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，并能夠?qū)y(cè)量的數(shù)據(jù)和行進(jìn)路線等完整地呈現(xiàn)出來，施工團(tuán)隊(duì)不僅有測(cè)量數(shù)據(jù)的參考，還有行進(jìn)路線的參考。其對(duì)于數(shù)據(jù)的控制、水利工程建設(shè)設(shè)計(jì)和施工方向進(jìn)程都有導(dǎo)向性的作用，從而提升水利工程建設(shè)工作的效率。

3.2 在精準(zhǔn)位移上的作用

航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用可以建立在空間范圍之上，利用其靈活性和可靠性的特點(diǎn)對(duì)所需要測(cè)量的物體方位進(jìn)行測(cè)量，并使用空間坐標(biāo)將其完整地表示出來，使工程師有直觀的感受[6]。在水利工程項(xiàng)目建設(shè)中，堤壩位置的確定是其一項(xiàng)重要的工作，水利工程是對(duì)水資源的儲(chǔ)存和運(yùn)行進(jìn)行加固或改造，對(duì)民生有重要意義，其位置和建造都是需要對(duì)水流量和壓力等條件進(jìn)行綜合考量，否則會(huì)減短堤壩的使用壽命，甚至造成潰堤，導(dǎo)致整個(gè)工程的崩塌，對(duì)國(guó)民造成不可挽回的嚴(yán)重?fù)p失。而航空的攝影測(cè)量技術(shù)具有數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可以對(duì)水流的流速及其壓力進(jìn)行計(jì)算和分析，方便工程師確定堤壩建造的位置和建造工藝以及精準(zhǔn)位移，進(jìn)而提升水利工程建設(shè)質(zhì)量，增加社會(huì)效益，保障國(guó)民的生活生產(chǎn)安全。

3.3 在工程檢測(cè)上的作用

在水利工程建設(shè)施工中，因?yàn)樽匀粭l件的不穩(wěn)定性，部分已經(jīng)完工的工程項(xiàng)目會(huì)因此遭到破壞，給日后工程投入使用埋下隱患。通常情況下，這種隱患并不會(huì)被肉眼檢測(cè)出來，因此需要采用航天攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)其進(jìn)行反復(fù)檢查，其中的信息技術(shù)處理系統(tǒng)中蘊(yùn)含的接收和定位系統(tǒng)能夠直接顯示器件檢查到的建筑隱患，如若真實(shí)存在安全隱患，應(yīng)立即停工，對(duì)隱患部分進(jìn)行嚴(yán)密的重復(fù)施工[7]。在實(shí)際施工中，應(yīng)用該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行定期的反復(fù)檢查，對(duì)一個(gè)工程而言，安全問題是其建造成功的必然條件，若是無法保證其質(zhì)量安全問題，那么此工程的建造除了資源浪費(fèi)，不具備任何意義，而此技術(shù)的存在可以完美解決該問題，從而提高工程質(zhì)量。

3.4 在校準(zhǔn)基站中的運(yùn)用

在基站校準(zhǔn)過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段進(jìn)行基站校準(zhǔn)的過程中具體包含如下兩種方式。

第一，收集現(xiàn)有數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析得出相應(yīng)的水利工程坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再直接在手冊(cè)中輸入坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)合流動(dòng)站上相應(yīng)的地理參數(shù)，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將坐標(biāo)數(shù)據(jù)與相應(yīng)的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，在這一方法實(shí)際運(yùn)用過程中，一般會(huì)用于已知點(diǎn)水利工程基站的數(shù)據(jù)分析。

第二，收集流動(dòng)站控制點(diǎn)測(cè)量過后的坐標(biāo)[8]。此方法在現(xiàn)階段主要是用于隨機(jī)放置的參考基站考察中運(yùn)用。但是，在實(shí)際測(cè)量過程中，要想使得航空勘探中具有的作用能得到有效的發(fā)揮，就必須要從三方面對(duì)航空的飛行質(zhì)量進(jìn)行具體控制和管理：①對(duì)照片的傾斜度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，在飛行拍攝過程中用的照片傾斜度必須保證小于等于3°，若是此過程中發(fā)生錯(cuò)誤，則需要嚴(yán)格執(zhí)行測(cè)量要求的情況下，檢查拍攝測(cè)量方法，使其始終都能在正確測(cè)量的范圍內(nèi)；②為保證能夠?qū)φ瑴y(cè)量區(qū)域進(jìn)行全面拍攝，在重疊程度小于拍攝最小限度時(shí)，則需要拍攝員根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整飛行距離，促進(jìn)拍攝測(cè)量飛行任務(wù)能圓滿完成；③在對(duì)飛機(jī)攝像圖片進(jìn)行處理過程中，必須要控制路線圖像的曲率，并保證其不能超過原曲率的3%，旋轉(zhuǎn)角度必須要小于等于6°。

3.5 在地形圖測(cè)繪中的運(yùn)用

對(duì)航空攝影測(cè)量技術(shù)運(yùn)用的真正目的在于，運(yùn)用正交投影圖像將地面中心投影圖形進(jìn)行顯現(xiàn)，在此過程中會(huì)運(yùn)用到模擬法、分析法等常見的方法，因此，為保證測(cè)量結(jié)果測(cè)得準(zhǔn)確性，需要在內(nèi)部執(zhí)行過程中，嚴(yán)格監(jiān)管映射控制點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行加密處理。首先，從常規(guī)輻三角剖分法角度進(jìn)行分析，一般運(yùn)用于地形較為平坦地區(qū)進(jìn)行水利工程檢測(cè)，但是三角剖分法與其不同，其在運(yùn)用過程中主要是在丘陵、山脈等地區(qū)的水利工程開展分析和檢測(cè)，在航空拍攝過程中若要運(yùn)用該方法，則需要站在三角剖分法基礎(chǔ)上進(jìn)行[9]。其次，在進(jìn)行野外作業(yè)過程中，需要將其中關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行高度關(guān)注，以此提升地形圖測(cè)繪的效果。關(guān)鍵點(diǎn)如下：①在開展光控點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量過程中，通常需要借助常規(guī)測(cè)量的方式對(duì)地面的高程和平面坐標(biāo)進(jìn)行確定；②對(duì)于拍攝區(qū)域中未進(jìn)行拍攝、新添加的水利工程以及更重要工程建設(shè)地點(diǎn)，必須在調(diào)查中獲得地名中記錄，并對(duì)其實(shí)施標(biāo)記；③在實(shí)際測(cè)量以及測(cè)繪過程中，需要室內(nèi)外結(jié)合、室內(nèi)、室外三種方式相結(jié)合地開展工作。

3.6 在誤差處理中的運(yùn)用

首先在傳感器錯(cuò)誤處理中的運(yùn)用。在使用無人機(jī)進(jìn)行航空測(cè)量過程中，為保證傳輸圖像以及航空測(cè)量數(shù)據(jù)能夠技術(shù)傳輸回地面，會(huì)運(yùn)用到實(shí)時(shí)傳送的方式開展工作，在此過程中通常會(huì)在飛行機(jī)械上攜帶無線傳輸模塊，為減輕飛行器械的負(fù)荷量，在實(shí)際航空測(cè)試過程中，一般會(huì)安裝比較小的傳感器模塊，但是此種模塊的測(cè)量結(jié)果與功能齊全的傳感器模塊相比，傳輸?shù)男Ч麜?huì)根據(jù)實(shí)際狀況發(fā)生變化，使得效果不穩(wěn)定并存在效果減弱的情況。在此情況下，傳輸回地面的數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，無法保證其真實(shí)性，圖像也會(huì)存在失真的情況。為解決上述問題，需要根據(jù)實(shí)際拍攝情況對(duì)通信設(shè)備進(jìn)行更新和替換，提升水利工程測(cè)量過程中攝取的數(shù)據(jù)和圖像傳輸設(shè)備以及尺寸的精準(zhǔn)度，保證其無論在哪種航空測(cè)量器械中都能進(jìn)行安裝和使用，并且數(shù)據(jù)具有精準(zhǔn)性高、圖片畫質(zhì)清晰的優(yōu)點(diǎn)。

在無人機(jī)平臺(tái)事故處理過程中的運(yùn)用。在航空拍攝過程中，會(huì)受到外界很多因素的干擾，會(huì)與原定的航行有一定的偏差，或者無法運(yùn)用合理有效的角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制以及圖像的拍攝，因此無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)的清晰程度。為減少上述的問題，或是在已經(jīng)出現(xiàn)時(shí)能對(duì)其進(jìn)行有效地解決，在拍攝過程中，要與氣象部門取得及時(shí)聯(lián)系，選擇在晴天進(jìn)行航空拍攝，減少自然因素在航空拍攝過程中的干擾和影響。

3.7 航空拍攝技術(shù)在水利工程測(cè)量應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

3.7.1 按照設(shè)計(jì)圖紙來進(jìn)行選點(diǎn)工作

在開展水利工程測(cè)繪時(shí)，應(yīng)以圖紙?jiān)O(shè)計(jì)為基礎(chǔ)開展選點(diǎn)工作，在此需要注意以下三個(gè)方面：①在埋石過程中需要選擇交通便利的地點(diǎn)開展工作，以此方便航空拍攝設(shè)備放置以及操作作業(yè)的完成；②若是運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行拍攝操作，為減少作業(yè)執(zhí)行過程中出現(xiàn)拍攝視線被遮擋的情況，需要在拍攝過程中選擇視野開闊、空中沒有障礙物的地區(qū)，并選擇水域較小的區(qū)域；③在選點(diǎn)過程中，需要認(rèn)真仔細(xì)、謹(jǐn)慎入微，嚴(yán)格開展選點(diǎn)工作。

3.7.2 航高和攝影比例的確定

在拍攝過程中圖片的傾斜角要小于等于3°，若是存在誤差，需立即停止拍攝，并對(duì)攝影測(cè)量方式進(jìn)行抽查，使得成圖質(zhì)量得以有效提升和保障。為擴(kuò)大圖片拍攝過程中包含的區(qū)域，使其能覆蓋整個(gè)繪制區(qū)域應(yīng)當(dāng)對(duì)重疊度進(jìn)行限制，在其小于最小限定值時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要增加航班，提升飛行測(cè)量效果。在拍攝完成后，對(duì)航線圖像彎曲度進(jìn)行處理過程中需要對(duì)其進(jìn)行控制，使其不得超過3%。

4 結(jié)束語

近些年來，在水利工程建設(shè)中，水利工程的測(cè)繪工作是水利工程建設(shè)準(zhǔn)備工作的重要環(huán)節(jié)，其測(cè)繪工作對(duì)于技術(shù)的依賴性越來越大，只有將測(cè)繪工作做到位，才能為水利工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。而航空測(cè)量技術(shù)能很好地服務(wù)于地形的測(cè)量工作。航空攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)能在水利工程測(cè)繪工作中得以完美體現(xiàn)和發(fā)揮，使水利工程建設(shè)工作開展時(shí)，能獲得完整準(zhǔn)確的測(cè)繪數(shù)據(jù)。以后，隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，航空攝影測(cè)量技術(shù)也會(huì)不斷發(fā)展，水利工程測(cè)繪工作水平因此會(huì)進(jìn)一步提高，從而促進(jìn)水利工程的建設(shè)不斷發(fā)展。