淺談無人機低空攝影在渦河河道帶狀地形測量中的應用

張瑞紅

（河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450008）

淺談無人機低空攝影在渦河河道帶狀地形測量中的應用

張瑞紅

（河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450008）

本文主要介紹無人機攝影測量在水利工程測量中的應用，結合現代航空攝影測量技術的發展，介紹無人機低空攝影測量的作業流程，闡述無人機低空攝影測量的特點、技術流程以及與傳統航空攝影測量的比較。以生產項目為例，介紹河南省水利勘測有限公司在無人機航測技術方面的應用，總結關于無人機航測技術的一些結論并提出一些建議。

無人機；航空攝影測量；航測儀；航拍參數；GPS（RTK）

近年來，隨著航空攝影測量與遙感技術不斷發展與進步，無人機航空攝影測量得到廣泛應用，是繼衛星遙感、大飛機遙感之后發展起來的一項新型航空遙感技術，充分發揮了它機動靈活、成本低、攜帶方便，安全系數高、多角度多元化鏡頭、高距離、廣范圍的拍攝角度等優點。與傳統的航空攝影測量相比，其在土地整理項目、局部地形圖更新、緊急災害的數據采集等多種領域有較為廣泛的應用［1］。同時，它也存在影像航向重疊度和旁向重疊度不規則、像幅小像片數量多、影像傾角過大、傾斜方向無規律、航攝區域地形起伏大、高程變化顯著、影像間的比例尺差異大、旋偏角大、影像容易扭曲、變形等缺點。

無人機航空攝影測量技術已成為測繪行業的熱點課題，得到了廣泛推廣和應用。本文從生產案例出發，以目前最先進的航測技術為主線，對無人機航測的一些特殊問題進行分析，并就其存在的問題提出解決措施，以期為我國無人機航測技術在水利測繪方面的應用積累經驗。

1 工程應用

根據河南省渦河河道綜合治理的要求，河南省水利勘測有限公司需對渦河進行1∶5 000帶狀地形圖測量。按照渦河河道帶狀地形測量數字化采集的規定，對渦河帶狀地形圖進行無人機的航空攝影測量。

1.1 測區自然概況

渦河是淮河第二大支流，是淮北平原區河道，發源于河南省尉氏縣，東南流經開封、通許、扶溝、太康、鹿邑以及安徽省毫州、渦陽、蒙城，于懷遠縣城附近注入淮河。渦河歷史上受黃泛至深，相鄰河溝，相互串流，受淤阻塞，葦草叢生，致使河道泄量增大，河床沖深刷寬，漫灘后流速遞減，泥沙沉積，年復一年，兩岸逐漸淤積而形成約2km寬的自然堤，河岸地形受自然堤控制，堤后地面有一段較長距離形成了倒比降，造成一種“水不逾渦”的假象。實際皖境沿岸低洼地區，備受洪水自溝口倒灌之苦，內澇也難以迅速排出。測區隸屬于河南省通許縣，測區全長50km，分為兩個測段。

表1 渦河測區多項式法整體平差精度檢測

表2 航線相對定向精度檢測報告

1.2 航測儀及航拍參數

本次航攝采用低空數字航攝儀，充分發揮它影像獲取速度快、操作靈活方便，以及可自由更換不同焦距的鏡頭、底片無變形、無需框標的特點，并且在作業前對航測儀進行了主點位置、主距及光學畸變系數的測定［2］。

本項目投入2架無人機、2套型號為佳能EOS 5D MarkII低空數字單反數碼相機，航攝長度50km，面積153.86km2。本次航攝焦距24mm，相對高度1 497m，航攝基線長度524m，航向重疊65%，旁向重疊35%，像幅大小為5 616mm×3 744mm，航片分辨率為0.4m。

1.3 航拍作業流程

無人機航測作業流程如圖1所示。

圖1 無人機航測作業流程

1.4 攝影條件及像控點測量

利用無人機對該測區進行兩條航帶的航攝，飛行質量良好，影像清晰度高，照片色彩均勻，飽和度良好，能夠清晰判斷地物信息，可滿足1∶5 000成圖要求。

控制點測量采用GPS實時動態定位（RTK）的方法進行測量，像控點對最近基礎控制點的平面位置中誤差不大于0.3m，高程中誤差不大于0.3m［3］。

1.5 空三加密及成圖

空三加密采用北京四維遠見公司開發的TG-AT加密軟件進行。無人機自重較輕，受風力等因素的影響，飛行姿態不穩定，飛行傾角、旋偏角過大，航線彎曲、像片比例不一致，容易扭曲變形等，采用自動與手動相結合的方法進行空三加密，渦河測區多項式法整體平差精度檢測和航線相對定向精度檢測報告分別見表1和表2。

1.6 地形數據采集

利用JX4G數字攝影測量工作站成圖系統進行數據采集。在測圖過程中，發現河道及河道附近地形變化比較大，地物復雜，樹木繁多，水域面積大，數據采集有一定的難度。不同的作業人員采集高程差距很大，造成河道附近無法接邊，為了證實高程和平面精度是否過大，我們采用同一套設備，在同一測區，由不同作業人員進行實測，發現平面位置誤差小，滿足精度要求，離河道較遠的平地點高程誤差小，河道內及河道附近高程誤差大，尤其是水面及有樹木遮擋的地方。為此，我們重新定向，檢查定向精度，單模型中誤差等未發現異常現象，因此采取內外業結合的方式，高程采取全野外GPS（RTK）成果來解決高程不穩定問題，平面采取JX4G數字攝影測量工作站成圖系統實測成果，結合AotuCAD2007進行數據編輯。

表3 高程精度統計

1.7 精度統計

此次項目為河道治理工程，平面精度和高程精度都應滿足需要，因此抽取一段測區的數據，進行平面與高程精度統計，見表3。

從此次成果來看，平面精度完全滿足水利工程測量的要求，但高程精度有所欠缺。高程精度不能滿足要求的主要原因是飛行航高太高，導致地面分辨率低。

1.8 渦河河道帶狀地形圖高程修測

因為高程精度不能滿足要求，我們利用動態GPS（RTK）對渦河帶狀地形圖的高程進行修測，彌補了無人機在高程方面的不足。

2 無人機航空攝影測量優缺點

2.1 優點

①環境因素。無人機航拍受天氣、地理環境影響較小，可低空飛行，飛行高度可在千米以內，方便靈活。②經濟方面。無人機航拍成本低，效率高，安全系數高，攜帶方便，操作靈活，低空飛行不受管制，隨時可飛行，節省了人力物力。③拍攝效果。無人機機載相機型號多樣化，遙控操作，鏡頭靈活，多角度拍攝，分辨率高，打破傳統拍攝的局限，不受云層、高層建筑物遮擋的影響，可得到紋理清晰的影像。④精度方面。無人機屬于低空飛行器，為近距離拍攝，能夠將地物信息表述清晰完整。精度高低取決于航攝儀及其飛行狀態等，根據項目要求，可結合其他測繪方式提高其精度。⑤速度快。利用無人機航攝，不用申請空域，可以快速完成航攝。

2.2 缺點

①無人機飛行姿態不穩定，飛行傾角、旋偏角過大，航線彎曲、像片比例不一致，容易扭曲變形。②像片像幅小，數量多，導致測圖定向和立體模型套誤差大。③數據采集時頻繁更換相對，造成接邊困難，誤差大。

3 結論

通過此項目，我們得到一些結論和建議，無人機航空攝影測量技術應用于地形圖成圖方面存在一定的不確定性，在定向精度滿足的情況下高程存在誤差大的情況，我們建議面積較小、全野外作業危險及任務時間緊的情況下，利用無人機航拍成圖，結合其他測繪手段，內外業結合的方法。這樣雖然增加了生產成本，但是比全野外作業還是有一定的便利。與傳統飛機相比穩定性較差，如果能夠在飛行穩定方面及相機質量方面有所提高，無人機航測將在測繪領域占有一定地位。

本文對無人機攝影測量的優缺點及發展前景做了小結，簡述了利用無人機航測1∶5 000地形圖在水利工程測量中的應用。無人機航空攝影測量已成為新興技術廣泛在測繪行業發展起來，是傳統測繪方式的有益補充，將發展成為行業主流，無人機航空攝影測量彌補了傳統航空攝影測量的不足，成為勘察地質災害、城市規劃建設，輸電線路勘察設計等方面的首選方式。無人機航空攝影測量系統證實了大比例尺航測成圖的可行性，小比例尺成圖的完整性。該系統的靈活性、自主性、事實更新性、多角度多元化拍攝性等已經達到先進水平。無人機攝影測量技術的發展還處于起步階段，還需進一步增強飛機的穩定性，增加像幅大小，多鏡頭數碼相機、高精度定位等問題，使無人機航空攝影技術在測繪行業中得到更廣泛的應用。

［1］朱大康.無人機低空攝影測量影像質量控制的研究［D］.南昌：東華理工大學，2016.

［2］張祖勛，張劍清.數字攝影測量［M］.武漢：武漢測繪科技大學出版社，1996.

［3］國家測繪局.CH/Z3004-2010，低空數字航空攝影測量外業規范［S］.北京：測繪出版社，2010.

Application of UAV Low Altitude Photography in the Measurement of the Zonal Topography of the Vortex River

Zhang Ruihong
（Henan Water Conservancy Survey Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450008）

In this paper,we introduced the usage of UAV aerial photogrammetry in the measurement of water conservancy projects.Based on the development of modern aerial photogrammetry technology,the operation flows of UAV low-altitude photogrammetry,characteristics of UAV Low altitude photogrammetry,technical process,the comparison with traditional aerial photogrammetry will be included also.Taking the production project as an example,this paper also introduced the usage of UAV technology in our company and we also summarized some conclusions and suggestions on UAV technology for further development.

UAV；aerial photogrammetry；aerial instrument；aerial parameters；GPS(RTK)

P231

A

1003-5168（2017）07-0092-03

2017-06-02

張瑞紅（1979-），女，工程師，研究方向：工程測量、無人機航空攝影測量。