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      無人機攝影測量在水文站斷面測量中的應(yīng)用

      2021-01-11 20:25:06矯麗娜
      科學(xué)與生活 2021年27期
      關(guān)鍵詞:水文站

      矯麗娜

      摘要:傾斜攝影數(shù)據(jù)模型重建特點傾斜攝影數(shù)據(jù)模型重建是將正射和斜射照片進(jìn)行影像拼接處理的全過程。處理過程主要概括為3步。第一步:影像重疊度、像片傾角和旋角、像點位移糾正。第二步:聯(lián)合平差,對相片進(jìn)行空中三角測量。第三步:重建多維融合模型包括DOM、DSM、DEM、數(shù)字點云等數(shù)據(jù)模型。本文對無人機攝影測量在水文站斷面測量中的應(yīng)用進(jìn)行分析,以供參考。

      關(guān)鍵詞:無人機攝影測量;水文站;斷面測量

      引言

      改進(jìn)水資源監(jiān)測系統(tǒng)是實施最嚴(yán)格的水資源管理系統(tǒng)的主要保障措施之一。水資源分配、水權(quán)分配以及監(jiān)測和管理工作對水文和水資源監(jiān)測提出了更高的要求。該段具有以下特點:1)具有明顯的山區(qū)河流特征;2)段位于水庫末端,河道深,水位變化很大;3)該段由易受湍流影響的新儲層的回流支撐,段內(nèi)不同位置存在水流模式差異很大的現(xiàn)象;4)干旱時流速小,橫截面大,導(dǎo)致橫截面速度很低。洪水和斷面的特點決定了建設(shè)比普通河流更難的自動監(jiān)測系統(tǒng)的復(fù)雜性。

      1自動監(jiān)測系統(tǒng)功能與特性

      水文站利用各種監(jiān)測設(shè)備和軟件系統(tǒng)建立了自動監(jiān)測系統(tǒng),主要可發(fā)揮以下功能:1) 24小時連續(xù)在線監(jiān)測降水、單位流量、水位和沉積物含量,并通過定期自報或呼叫收集信息。監(jiān)視頻率和工作模式可以在本地設(shè)置,也可以按時間段或時間模式設(shè)置。2)實時采集斷面流速和水位數(shù)據(jù),在實時采集流速、水位和水位面積關(guān)系的基礎(chǔ)上,采用流速面法分析計算斷面水流。3)收集到的降水、水位、速度、流量和沉積物含量等信息可通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教k事處的數(shù)據(jù)中心。4)具有比較測試數(shù)據(jù)的后置處理功能,可以存儲1a以上的監(jiān)控數(shù)據(jù),可以實現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)下載、設(shè)備故障自動報警和異常等。5)相應(yīng)的參數(shù)配置可根據(jù)水位和流速的變化而變化[7-9]。該自動監(jiān)測系統(tǒng)主要具有以下特點:(1)降水、水位、流量和沉積量自動監(jiān)測系統(tǒng),由雨量計、浮水水位儀、氣泡水位儀、水平ADCP、垂直ADCP、沉積測量儀和工業(yè)計算機服務(wù)器組成,具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、維護方便等特點。2)良好的兼容性和可擴展性。3)采用各種技術(shù)手段,如水平和垂直ADC、纜車?yán)走_(dá)波測速儀和導(dǎo)航ADC來監(jiān)測流量,確保流量監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

      2水文站在線監(jiān)測

      2.1水位

      水文站采用雷達(dá)水位儀,可利用GPRS進(jìn)行信號傳輸實現(xiàn)遙感和傳輸,安裝方便,受水面漂浮物體影響較小。浮水水位儀和氣泡水位也是黃河上游最常用的自動水位采集儀器。水位指示器通常是通過能夠有效降低水面影響的自密井安裝的。但是,水位自密井容易受到沉積層的影響,需要定期梳理和封存。氣泡水位指標(biāo)可以實現(xiàn)冰河期和平穩(wěn)流動期水位的自動觀測,解決高寒地水位觀測問題。

      2.2泥沙

      沉積物監(jiān)測是水文站常規(guī)監(jiān)測中最復(fù)雜、最復(fù)雜的元素。傳統(tǒng)的測試方法耗時費力,是水文現(xiàn)代化的瓶頸。隨著新技術(shù)的不斷改進(jìn),經(jīng)過調(diào)查,HSW。介紹了水文站的槽-1同位素測定儀,并進(jìn)行了對比試驗,取得了良好的對比效果,實現(xiàn)了沉積物濃度在線實時監(jiān)測。

      2.3水面蒸發(fā)

      水文站采用全自動水蒸發(fā)觀測裝置,自動充水、排水、采集蒸發(fā)管(E-601型)中的水面高度,能夠?qū)崿F(xiàn)水蒸發(fā)的日常計算、水蒸發(fā)的自動觀測和傳輸,目前已獲批準(zhǔn)并投入運行,這使得非天氣水蒸發(fā)的自動觀測更加準(zhǔn)確,顯示了蒸發(fā)變化過程,對水蒸發(fā)的研究具有重要意義。對于北方地區(qū)來說,冬天有凍脹現(xiàn)象,但自動蒸發(fā)設(shè)備不能使用,這需要進(jìn)一步的研究和解決。

      2.4測站視頻監(jiān)控

      車站建成了視頻監(jiān)控系統(tǒng),可以根據(jù)需要實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。不僅可以改善水文站測試設(shè)施和設(shè)備的安全管理,還可以遠(yuǎn)程觀測水位,為通過視頻觀測水位創(chuàng)造條件。今后,根據(jù)開展勘測工作的需要,可以在勘測處建設(shè)視頻監(jiān)控中心,實時監(jiān)測試驗的剖面圖像,指導(dǎo)洪水或特殊水情期間的現(xiàn)場試驗,提高勘測預(yù)報工作效率。

      3航測作業(yè)

      3.1像控點測量

      在空曠地帶像控點測量采用南方銀河1PLUSGPS,房屋及樹木密集地帶采用全站儀。區(qū)域內(nèi)所有像控點均為平高點,采用實時動態(tài)差分定位(RTK)技術(shù)進(jìn)行像控點測量,每個像控點觀測2次,每次采集30個歷元,采樣時間間隔1s。2次觀測成果在野外現(xiàn)場比對,平面位置較差<5cm,高程較差<5cm,所有觀測成果均滿足要求。像控點的平面中誤差符合1∶2000正射影像成圖精度要求,最大誤差<2倍中誤差。

      3.2數(shù)字正射影像制作

      介紹空三結(jié)果,創(chuàng)建檢驗區(qū)域文件,然后恢復(fù)模型。定義工作空間,生成環(huán)形圖像,并將環(huán)形圖像進(jìn)行匹配,以形成匹配的點和相同的視差曲線。應(yīng)盡可能靠近控制點連接線來確定工作區(qū)域。對于高度差異較大的區(qū)域,圖像對之間沒有裂縫。檢查匹配結(jié)果,并根據(jù)需要進(jìn)行交互式編輯以生成單個DEM模型。根據(jù)單模型DEM和照片的參數(shù),采用差分校正方法對圖像進(jìn)行校正和重新采樣,生成單模型DOM。mapmatrix single mode DOM生產(chǎn)過程:創(chuàng)建立體圖像對→表極重采樣→圖像匹配→ Singlemode-DEM→數(shù)字差分校正→單芯片DOM→圖像拼接→完整DOM卡。檢查并調(diào)整相鄰影片之間的色調(diào)或顏色差異。調(diào)整后,將執(zhí)行圖像拼接,接合整個DOM,并修復(fù)邊緣連接區(qū)域中模糊和缺失的圖像。

      4河道斷面測量

      (1)21個水文站斷面及周邊斷面數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理,由于無人機攝影測量受天氣的影響較大,外業(yè)在選擇天氣良好,能見度高的天氣進(jìn)行無人機航拍,外業(yè)歷時5d,同時并行進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理6d,前后共花費11d。通過對水文站采用無人機航空攝影測量,可以大大縮短測量時間,節(jié)約大量的人力、物力。(2)對水文站進(jìn)行數(shù)字正射影像、空中三角測量數(shù)據(jù)成果繪制水文站及周邊情況分布圖,對獲得的數(shù)據(jù)成果采用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量驗證。結(jié)果表明,采用數(shù)字正射影像、空中三角測量技術(shù)能夠很好的滿足測量要求。(3)在測區(qū)范圍內(nèi)均勻選取不同地形地貌條件下的明顯地物特征點,分別實測其實地坐標(biāo)和量算DOM影像圖圖解坐標(biāo),根據(jù)兩者差值計算平面中誤差,評價結(jié)果:該項目DOM影像圖數(shù)學(xué)精度滿足規(guī)范要求。

      結(jié)束語

      水文站組合采用多套流量測量儀和軟件系統(tǒng),構(gòu)建了該站自動監(jiān)測系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)降水、水位、流量和沉積量的自動采集、傳輸、計算、處理和存儲功能,特別是在線監(jiān)測不同水位和水文條件下的流量,為山區(qū)河流段自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。

      參考文獻(xiàn)

      [1]袁正學(xué).無人機空三攝影測量土石方量研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2018,31(S2):293-295.

      [2]孫運彬,李志剛.無人機、傾斜攝影在公路測量中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2018(09):194-196.

      [3]高尚.基于無人機的小流域地形提取技術(shù)[D].華北水利水電大學(xué),2017.

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