探究無人機航空攝影測量技術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，具有快速響應的數據獲取能力，應用到水利工程中具有重要作用。利用無人機攜帶相關設備及時獲知遙感航空影像和工程數據，便于及時構建三維模型，為工程提供直觀的分析和科學決策手段。本文簡單探討無人機在水利工程中的應用。

關鍵詞：無人機;水利工程;無人機技術;水利測量

我國有面積廣闊的季風氣候區，海陸熱力性質的巨大差異，形成了我國降水時空分布的不均勻性，旱澇災害頻發。隨著我國水利基礎設施的完善，水利信息化水平的不斷提高，結合了先進的空間技術、通信技術等先進技術的信息化測繪技術在水利工程測量的實踐中應用日趨廣泛，為水利工程的設計和施工提供了精確、直觀的數據分析，提高了工程決策的科學性。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，快速獲得數據資料，尤其是無人機中的相關設備，能夠對于航空影像和工程數據進行收集，有利于三維模型的構建，為工程的科學決策奠定了基礎。

1、無人機在水利工程中的應用

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

1.1 無人機在水利工程中應用范圍

在水利行業中，工程建設及工程管理過程中涉及工程建設環境評價、大型水利工程的安全監測等，都可以應用無人機進行低空遙感，完成快速測繪及信息監測，具有數據分辨率高、實施快速等優點。利用無人機機動性強，圖像分辨率高等特點，結合空間信息技術手段，將高分辨率影像和高精度GPS系統結合起來，為工程生態環境提高直觀的分析和科學決策的依據，為大型提防工程、水庫及其他水利工程提高有效的安全監測。

1.2無人機在水利工程中的應用分析

1）無人機在水利工程測繪中的具體應用

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，往往需要重復測繪，工作效率不高。隨著無人機的使用，在機體上荷載數據遙感設備，借助于遙感數據處理系統，并與3S技術有機結合，能夠對目標進行有效的觀測和數據處理。通過無人機技術的使用，可以實現對目標的實時數據收集和快速處理。另一方面，通過無人機技術的使用，無人機遙感圖像技術能夠將不同時段的監測圖像進行假彩色合成，從而對工程不同區域內水域的狀況進行分析，為科學決策提供有效信息。

2）無人機在水利工動態監測和水域環境監測中的具體應用

我國水資源儲量豐富，流域眾多，河流面積廣，對經濟發展產生了重要影響。通過無人機技術的使用，能夠實現對水域變化的動態監測，掌握基本的水域基礎數據，為水域的調查和統計奠定基礎，并逐步實現水域管理的信息化，為水利管理的現代化鋪平道路。

3）無人機在水利工程水土保持中的具體應用

隨著經濟的發展，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境問題之一。尤其是水利工程的建設，對流域內水土流失情況進行統計，人工處理方法費時費力，準確性不高。隨著無人機技術的應用，根據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，能夠對水土流失問題進行分析，并制定合理的改善策略，確保水利工程的可持續發展。

2、無人機在水利工程測量中的有效運用

2.1概述

無人機技術在水利工程測量中的具體應用，主要涉及無人機低空攝影測量系統，測量系統要想正常發揮功能，就必須保證飛行平臺、飛行導航與控制系統、數碼攝像設備、數據傳輸、地面監控、發射與回收、地面保障設備等系統均處于正常工作狀態。

無人機低空攝影測量系統有著廣泛的實踐應用，尤其是在土地利用動態監測、地質災害勘察、礦產資源勘探、海洋資源勘察、環境監測等方面，無人機技術有著重要的應用。值得一提的是，無人機在水利工程測量中也有著廣泛的應用。在應用過程中，需要根據地面分辨率、航攝范圍、時間、航線布設及影像重疊度等進行設計，確保應用效果。

2.2作業方案

本文以某水利工程的測繪工作為例，對無人機技術在水利工程測量中的應用方案進行了探討。在本次測繪任務中，無人機低空攝影測量系統在設計測繪任務時，將其劃分成7個架次。在測繪過程中，平面控制網布設了四等GPS網，GPS標石點共埋設了24個，并需要對3個國家三角點進行聯測。關于高程控制，本次測繪工作所采用的是四、五等集合水準測量測量成果。關于像控點，區域網布設方案是非常適合本次測量工作實踐的設計方案，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。在實際測量工作中，通過GPS-RTK方式對像控點進行聯測，確定其三維坐標。數據采集的條件為固定解狀態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果。

2.3具體實施的相關內容

無人機在水利工程測量的具體應用過程中，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%。根據相關的統計，誤差均符合相關要求，表明無人機航攝的質量均符合各項指標。關于空中三角測量，在VirtuoZo數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加密。空三加密點是由計算機自動匹配的，在Inpho軟件中，自帶平差結算功能，能夠對區域網平差進行計算，提高測量精度。為了保證檢測的精確度，需要改正航片畸變，設置信息文件和相機文件，做好像點匹配、航帶連接和外業像控點的平差處理等工作，同時還要做好必要的質量檢查工作。

3、結束語

無人機技術應用到水利工程中，遙感技術、信息技術、計算機技術、無線通信技術等先進科學技術的整合。通過無人機能夠對水利工程實施測繪、對水域實施動態監測及環境監測、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

[1]李德偉.無人機航測成圖在水利水電工程中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2013（16）

[2]張啟元.無人機航攝技術在高原峽谷區水利工程中的應用[J].青海師范大學學報（自然科學版），2013（3）

[3]張君，李俊.無人機遙感系統在走馬塘拓浚延伸工程環水保管理中的應用[J].水土保持應用技術，2013（5）