無人機航測在水利工程測量中的應用分析

徐欣來，吳鈞輝，王樂瀟

（浙江水利水電學院 浙江 杭州 310000）

1 背景

無人機測繪技術在近些年已經取得飛快的進步，而且它比傳統的水利測量技術優勢更加明顯，提高了水利測量的工作效率。同時使用無人機測繪技術成本低廉，操作簡單，因此無人機測繪技術被廣泛應用于水利測量，本文重點分析了當前無人機在航拍設計的技術以及探討如何處理所搜集的數據，從而最大程度提高無人機航測的工作效率。

2 無人機水利工程測量應用

在實際開展無人機工程測量的過程中，需要根據實際測量的對象以及實際分辨率的要求，對無人機的飛行路線、航拍時間、航拍位置做充分的計劃，力求使得無人機拍攝的效果達到最優，具體的工作流程如下圖所示。

圖1 無人機航測攝像工作流程圖

2.1 無人機航測外業流程

無人機航拍作業的流程為：控點布設-航線設計-飛行作業，無人機最大的益處就是能夠解決人為誤差，因為人在控點布設的時候存在著一定的誤差。在進行無人機航測時首先要確定使用多大的比例尺來進行測量工作。然后可以使用Google Earth軟件來進行精準定位，在每段合適的距離處設置一定的控制點位。布控點的確定一定要結合當地的地勢環境進行合理的分析，一般使用的方法有導線測量、空中三角測量、GPS靜態測量、RTK測量等，在實際開展測量過程中要結合實際的環境選擇最合適的測量方法。

然后在無人機航線的設計方面，需要把很多因素考慮，比如地面分辨率、旁向重疊度、航向重疊度、分區高差、飛行高度、飛行路程、飛行安全等等，因此在進行飛行前可以手動或者自動調試好飛行器攝像頭的焦距。根據不同的地勢環境和項目需求，這些參數的設置要經過計算和驗證之后再進行設置。

2.2 無人機航測內業處理

2.2.1 數據收集 在無人機飛行任務結束之后，需要進行的工作就是導出所收集的數據，這些數據可以直接從內存卡里面拷貝出來，但是這些數據需要一定的處理才能使用，因為這些數據包括了很多信息，重點需要分離出航向旁向的傾角、偏旋角度、航拍范圍信息等。然后將航拍位置和影像使用專業的處理軟件進行數據處理，主要處理數據中的旁向傾角、航向傾角、拍攝時間、拍攝位置等信息等等，然后將收集的影像數據進行對比并加以整合，創建相應的地理圖像縮略圖，這樣便于設計控制點的布局，以此來標記對應的圖像，在這些處理完之后可對信息進行存儲。

2.2.2 數據解算 在數據解算階段，主要包括四個步驟，具體流程如右：新建項目-添加控制點-數據處理-數據導出。首先將航測圖像數據數據導入到DATMatrix軟件，然后建立相應的位置坐標，使航測圖像數據與POS數據匹配，通過計算機計算得出來匹配優化數據。使用控制點編輯器，需要將文件和布局數據導入到編輯器中，以有效地標記空中區域。數據處理選擇局部處理系統對數據進行全面的高精度處理，調整圖像控制點的位置，再次進行局部處理，直到圖像控制點的處理精度達到相應值，數據可以通過檢查來處理。

2.2.3 其他的數據算法 單歷元解算方案是在20世紀末提出來的一種算法。該算法的核心思想是：首先，觀測者需要利用現有的技術加強對于GPS點的近似坐標的確定，定位誤差一定要在±2m意外。其次，進行基本的衛星星座選擇。在此過程中，一般采用PODP值最小、幾何形狀最好的4顆衛星，利用雙差分方程計算相關坐標。第三，根據以上計算的坐標計算所有衛星的模糊函數值，然后進行篩選，構建新的模糊搜索空間。第四，在構造的模糊度搜索空間中，采用雙差分方程和最小二乘估計方法計算殘差平方和。最后用F檢驗確定模糊度。

3 無人機在水利工程測量過程中存在的問題

目前無人機在工程測量過程中整體上發展情況良好，極大提高了水利測量的工作效率，但是還存在一些問題，主要是由于兩方面導致的，一方面水利工程的環境往往比較復雜，第二就是無人機的技術存在一定的缺陷。

3.1 難以適應很復雜的環境

無人機巡檢最好的環境就是空曠、地勢條件不是很復雜的條件下。由于水利工程附近地勢比較復雜，雖然飛行器能夠進行避障，但是如果障礙物過于密集，還是容易出現無人機墜毀等事故。同時這樣無人機航拍的工作效率也不是很高，因此如何解決這個問題是很多供電公司面臨的共同難題。

另外一方面，一些地區由于地理環境惡劣，導致飛行器接收和發送信息不穩定，這樣很容易導致飛行器出現故障，甚至出現墜機等事故，如何在惡劣環境中保障飛行器穩定性也是業界面臨的共同問題。

3.2 其他不穩定因素的影響

無人機在航測的過程中，還受到自身因素和外界因素的干擾。其中不確定因素干擾帶來的問題最為嚴重，比如無人機在飛行過程中突然遇到飛行的鳥類、獸類，這樣都有可能導致事故的發生。

另外一方面雖然無人機的技術已經發展很成熟了，但是電力續航不足的問題是限制無人機發展的一個重要的問題，如果能夠解決這個問題，那么無人機應用空間將更加廣闊。

4 結語

簡而言之，無人機航測在水利工程測量中已經取得了很大的發展，為水利測量做出了重要的貢獻，但是在實際開展工作的過程中，很多參數的設定需要結合現場的環境進行實際調試，另一方面無人機航測還存在一定的問題，這些問題的解決有助于促進無人機航測進一步發展，更好地服務于水利工程的測量。