無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

王冉 田剛 李慶遠(yuǎn) 趙聚國 丁建華 鄭瀚

［關(guān)鍵詞］無人機(jī)傾斜攝影；水土保持監(jiān)測；棄土棄渣

［摘要］通過對典型公路工程水土流失易發(fā)區(qū)域進(jìn)行無人機(jī)傾斜攝影監(jiān)測，規(guī)劃航線進(jìn)行飛行拍攝，獲得影像數(shù)據(jù)，利用影像處理軟件和地理信息系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按照算法得出監(jiān)測點(diǎn)位的土方量，并與施工現(xiàn)場土方量記錄表進(jìn)行比較，結(jié)果表明：兩者誤差為3.5%，可滿足水土保持監(jiān)測的精度要求，保證水土保持監(jiān)測工作的客觀性和準(zhǔn)確性。

［中圖分類號］S157［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B［文章編號］1000－0941（2023）03－0042－02

水土保持監(jiān)測工作是水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管的一項(xiàng)重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的水土保持監(jiān)測方法主要采用人工現(xiàn)場調(diào)查的方式，操作復(fù)雜度高、工作量大、效率低下，尤其是區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目地表擾動(dòng)情況監(jiān)管工作存在棄土棄渣監(jiān)測不準(zhǔn)確、監(jiān)管時(shí)效性差及項(xiàng)目覆蓋度低等問題［1-2］。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是近十幾年國際攝影測量領(lǐng)域發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，該技術(shù)從不同視角采集物體影像，獲取豐富的物體高分辨率紋理［3］，不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，獲取高精度紋理信息，還可以通過先進(jìn)的定位、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的三維模型，改變了傳統(tǒng)航測遙感影像只能從垂直方向進(jìn)行拍攝的限制，滿足了人們對三維信息的需要［4-5］。

1工程概況與監(jiān)測方法

1.1工程概況

浙北低山丘陵地區(qū)地表起伏較大，生態(tài)環(huán)境優(yōu)越。作為水土保持監(jiān)測工作的重點(diǎn)區(qū)域，在該地區(qū)開展公路建設(shè)類項(xiàng)目，土石方挖填規(guī)模大、棄土棄渣數(shù)量多，發(fā)生水土流失的風(fēng)險(xiǎn)較大［6］。

鎮(zhèn)海至安吉公路（德清對河口至矮部里段）工程起點(diǎn)與杭州繞城西復(fù)線莫干山互通相接，經(jīng)筏頭、瑤塢，終于德清與安吉交界的矮部里，全長14.62km，主線采用雙向四車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)15座橋梁和5座隧道，總投資15.3億元，建設(shè)期3a。該工程水土保持監(jiān)測點(diǎn)位于湖樹坑隧道東側(cè)溝道，該區(qū)域?qū)儆陧?xiàng)目填方比較大的區(qū)域。具體位置見圖1。

1.2監(jiān)測方法

使用無人機(jī)航拍的方式進(jìn)行區(qū)域水土保持監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的面積，確定“井”字形飛行航線（見圖2），無人機(jī)型號為大疆PHANTOM4RTK版，影像坐標(biāo)系統(tǒng)選擇WGS84/UTM50N，鏡頭俯仰角60°，飛行速度7m/s，照片畸變糾正、白平衡選擇陰天模式，開啟自帶RTK，飛行1個(gè)架次。2結(jié)果與分析

本次飛行拍攝共獲取220張照片，采用Pix4D圖像處理軟件，經(jīng)過照片對齊、空中三角測量加密處理、紋理貼片處理，最終生成真正射影像（分辨率3cm）和數(shù)字高程模型（分辨率15cm），分別見圖3和圖4。

利用地理信息系統(tǒng)生成原始地形圖的數(shù)字高程模型以及航拍影像數(shù)字高程模型進(jìn)行疊加計(jì)算，得到監(jiān)測區(qū)域填方量為96492.6m3，挖方量為9854.3m3，旁站監(jiān)理記錄顯示該區(qū)域填方量為10萬m3，航拍監(jiān)測數(shù)據(jù)與旁站監(jiān)理記錄誤差為3.5%，滿足水土保持監(jiān)測工作的精度要求。圖5、圖6、圖7分別為原始地形高程、現(xiàn)階段地形高程及挖填方分布。

3結(jié)論與建議

在水土保持監(jiān)測項(xiàng)目中運(yùn)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以及時(shí)、有效地監(jiān)測水土流失易發(fā)區(qū)域的擾動(dòng)變化情況，提升水土保持監(jiān)測工作的質(zhì)量，彌補(bǔ)水土保持監(jiān)測在準(zhǔn)確性和時(shí)效性上的不足，為建設(shè)單位和水行政主管部門進(jìn)行水土保持監(jiān)測工作提供可靠的技術(shù)支撐。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在水土保持監(jiān)測工作中具有較好的適用性，在今后的水土保持監(jiān)測工作中，可以將高分辨率航拍影像技術(shù)廣泛推廣應(yīng)用到生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失易發(fā)區(qū)域土方量、水土保持措施量、植被恢復(fù)情況的調(diào)查和計(jì)算等方面，對提升水土保持監(jiān)測工作的客觀性和準(zhǔn)確性具有較高價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

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[3]余章蓉，范鴻潤，朱景輝，等.無人機(jī)單鏡頭傾斜攝影測量及三維建模技術(shù)方法研究[J].軟件，2019，40（12）：51-55.

[4]陳宇，付貴增，凌峰，等.無人機(jī)技術(shù)在水土保持中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].海河水利，2018（3）：61-63.

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[6]周春波，王農(nóng)，周淑君，等.無人機(jī)在高速公路棄渣場監(jiān)測中的應(yīng)用探討[J].中國水土保持，2018（1）：44-46.

［作者簡介］王冉（1986—），男，河北邯鄲人，高級工程師，博士，主要從事水土保持咨詢工作；通信作者田剛（1982—），男，山東濟(jì)南人，高級工程師，碩士，主要從事水土流失治理工作，［收稿日期］2022-07-20

（責(zé)任編輯楊傲秋）

［基金項(xiàng)目］浙江省水利廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（RB2023，RC2044）