探究無人機航空攝影測量技術(shù)在水利工程中的運用

任敬宏 劉美玲 牛晨昊

摘要：無人機具有機動靈活的起降方式、低空循跡的自主飛行方式，具有快速響應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取能力，應(yīng)用到水利工程中具有重要作用。利用無人機攜帶相關(guān)設(shè)備及時獲知遙感航空影像和工程數(shù)據(jù)，便于及時構(gòu)建三維模型，為工程提供直觀的分析和科學(xué)決策手段。本文簡單探討無人機在水利工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機;水利工程;無人機技術(shù);水利測量

我國有面積廣闊的季風(fēng)氣候區(qū)，海陸熱力性質(zhì)的巨大差異，形成了我國降水時空分布的不均勻性，旱澇災(zāi)害頻發(fā)。隨著我國水利基礎(chǔ)設(shè)施的完善，水利信息化水平的不斷提高，結(jié)合了先進的空間技術(shù)、通信技術(shù)等先進技術(shù)的信息化測繪技術(shù)在水利工程測量的實踐中應(yīng)用日趨廣泛，為水利工程的設(shè)計和施工提供了精確、直觀的數(shù)據(jù)分析，提高了工程決策的科學(xué)性。近年來，隨著無人機的使用，起降方式機動靈活，自主飛行，低空循跡，快速獲得數(shù)據(jù)資料，尤其是無人機中的相關(guān)設(shè)備，能夠?qū)τ诤娇沼跋窈凸こ虜?shù)據(jù)進行收集，有利于三維模型的構(gòu)建，為工程的科學(xué)決策奠定了基礎(chǔ)。

1、無人機在水利工程中的應(yīng)用

水利工程在我國擁有悠久的歷史，由于水利直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)及國民經(jīng)濟發(fā)展，水利工程是民族生存及發(fā)展的重要命脈，從大禹治水開始，人們就不斷的研究水資源的管理及利用。隨著計算機技術(shù)及遙感測繪技術(shù)的發(fā)展，信息化測繪技術(shù)逐漸應(yīng)用到水利工程中。

1.1 無人機在水利工程中應(yīng)用范圍

在水利行業(yè)中，工程建設(shè)及工程管理過程中涉及工程建設(shè)環(huán)境評價、大型水利工程的安全監(jiān)測等，都可以應(yīng)用無人機進行低空遙感，完成快速測繪及信息監(jiān)測，具有數(shù)據(jù)分辨率高、實施快速等優(yōu)點。利用無人機機動性強，圖像分辨率高等特點，結(jié)合空間信息技術(shù)手段，將高分辨率影像和高精度GPS系統(tǒng)結(jié)合起來，為工程生態(tài)環(huán)境提高直觀的分析和科學(xué)決策的依據(jù)，為大型提防工程、水庫及其他水利工程提高有效的安全監(jiān)測。

1.2無人機在水利工程中的應(yīng)用分析

1）無人機在水利工程測繪中的具體應(yīng)用

普通航空攝影也可以用于工程測繪，但是由于缺乏靈活性，對于云下圖像的獲取難度也很大，衛(wèi)星遙感時效性不高，分辨率低，為此，在水利工程的測繪實踐中，往往需要重復(fù)測繪，工作效率不高。隨著無人機的使用，在機體上荷載數(shù)據(jù)遙感設(shè)備，借助于遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并與3S技術(shù)有機結(jié)合，能夠?qū)δ繕诉M行有效的觀測和數(shù)據(jù)處理。通過無人機技術(shù)的使用，可以實現(xiàn)對目標的實時數(shù)據(jù)收集和快速處理。另一方面，通過無人機技術(shù)的使用，無人機遙感圖像技術(shù)能夠?qū)⒉煌瑫r段的監(jiān)測圖像進行假彩色合成，從而對工程不同區(qū)域內(nèi)水域的狀況進行分析，為科學(xué)決策提供有效信息。

2）無人機在水利工動態(tài)監(jiān)測和水域環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用

我國水資源儲量豐富，流域眾多，河流面積廣，對經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。通過無人機技術(shù)的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對水域變化的動態(tài)監(jiān)測，掌握基本的水域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為水域的調(diào)查和統(tǒng)計奠定基礎(chǔ)，并逐步實現(xiàn)水域管理的信息化，為水利管理的現(xiàn)代化鋪平道路。

3）無人機在水利工程水土保持中的具體應(yīng)用

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，在各種因素的共同作用下，我國水土流失的問題日趨嚴重，甚至成為了最主要的環(huán)境問題之一。尤其是水利工程的建設(shè)，對流域內(nèi)水土流失情況進行統(tǒng)計，人工處理方法費時費力，準確性不高。隨著無人機技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)土壤侵蝕定量來對水土保持進行研究。通過獲取的遙感圖像，能夠?qū)λ亮魇栴}進行分析，并制定合理的改善策略，確保水利工程的可持續(xù)發(fā)展。

2、無人機在水利工程測量中的有效運用

2.1概述

無人機技術(shù)在水利工程測量中的具體應(yīng)用，主要涉及無人機低空攝影測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)要想正常發(fā)揮功能，就必須保證飛行平臺、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)、數(shù)碼攝像設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸、地面監(jiān)控、發(fā)射與回收、地面保障設(shè)備等系統(tǒng)均處于正常工作狀態(tài)。

無人機低空攝影測量系統(tǒng)有著廣泛的實踐應(yīng)用，尤其是在土地利用動態(tài)監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害勘察、礦產(chǎn)資源勘探、海洋資源勘察、環(huán)境監(jiān)測等方面，無人機技術(shù)有著重要的應(yīng)用。值得一提的是，無人機在水利工程測量中也有著廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，需要根據(jù)地面分辨率、航攝范圍、時間、航線布設(shè)及影像重疊度等進行設(shè)計，確保應(yīng)用效果。

2.2作業(yè)方案

本文以某水利工程的測繪工作為例，對無人機技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用方案進行了探討。在本次測繪任務(wù)中，無人機低空攝影測量系統(tǒng)在設(shè)計測繪任務(wù)時，將其劃分成7個架次。在測繪過程中，平面控制網(wǎng)布設(shè)了四等GPS網(wǎng)，GPS標石點共埋設(shè)了24個，并需要對3個國家三角點進行聯(lián)測。關(guān)于高程控制，本次測繪工作所采用的是四、五等集合水準測量測量成果。關(guān)于像控點，區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方案是非常適合本次測量工作實踐的設(shè)計方案，航向相鄰兩個像控點之間的跨度控制在8-12條基線之間。為了保證測繪工作順利開展，像控點的位置也至關(guān)重要，為此，一般選擇在航向及旁向六片或五片的重疊范圍內(nèi)。在實際測量工作中，通過GPS-RTK方式對像控點進行聯(lián)測，確定其三維坐標。數(shù)據(jù)采集的條件為固定解狀態(tài)HRMS和VRMS均不高于0.02m[4]，并以兩次測量值的平均值作為最終測量結(jié)果。

2.3具體實施的相關(guān)內(nèi)容

無人機在水利工程測量的具體應(yīng)用過程中，主要對工程進行了低空攝影測量、空中三角測量。關(guān)于低空攝影測量，采用Canon 5D Mark II航攝儀對水利工程進行測量，累計航線36條，拍攝照片3383張。拍攝焦距0.035mm，絕對高度1200米，基線距離190m，航線距離528m，平均分辨率為0.16，航向重疊度為68.58%，旁向重疊度為41.65%。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計，誤差均符合相關(guān)要求，表明無人機航攝的質(zhì)量均符合各項指標。關(guān)于空中三角測量，在VirtuoZo數(shù)字化攝影測量工作站下，對空中三角測量進行加密，加密軟件為Inpho，為了保證工作效率，本次測量所采用的加密方法為分區(qū)加密?？杖用茳c是由計算機自動匹配的，在Inpho軟件中，自帶平差結(jié)算功能，能夠?qū)^(qū)域網(wǎng)平差進行計算，提高測量精度。為了保證檢測的精確度，需要改正航片畸變，設(shè)置信息文件和相機文件，做好像點匹配、航帶連接和外業(yè)像控點的平差處理等工作，同時還要做好必要的質(zhì)量檢查工作。

3、結(jié)束語

無人機技術(shù)應(yīng)用到水利工程中，遙感技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)、無線通信技術(shù)等先進科學(xué)技術(shù)的整合。通過無人機能夠?qū)λこ虒嵤y繪、對水域?qū)嵤﹦討B(tài)監(jiān)測及環(huán)境監(jiān)測、有利于確保水利工程的重要作用，對水利工程具有重要意義。

參考文獻

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