芻議無人機航測在大型水利工程中的應用①

陳東宇

(吉林省水利水電勘測設計研究院 吉林長春 130021)

在大型水利工程航測工作中應用無人機，可以將拍攝的資料處理為三維立體圖像，不僅圖像清晰，而且每個細節都準確到位，特別是無人機采用傾斜攝影的方式，使得傳統的3D建模技術所存在的局限得以突破，不僅拍攝效率提高了，而且提高了精度，使得測量要求得到滿足。對于無人機拍攝的圖像應用軟件數字軟件進行處理，不會出現采編庫分離的問題，測繪技術從數字化走向信息化，將無人機拍攝中所獲得的地理要素全部用骨架線+屬性描述方式表示，完全滿足GIS建庫，測繪應用需求得到滿足。

1 水利工程案例

以某水庫的總庫容量為57540000m3，水庫壩高是99.4m，供水量可以達到的均值為5725m3/h。在對水庫進行測量的過程中應用無人機航測，做到了測量與測繪相結合。將航測平臺系統建立起來，無人機在對水庫進行航測的過程中，還可以將信息通信資料持續提供，保證信息資料實時更新，確保信息準確完整。將航測所獲得的信息使用軟件處理，發揮ContextCapture軟件和Photoscan軟件的作用，操作簡單，還可以制作為數字化的地圖，并將數據模型構建起來，使得航測所獲得的資料立體直觀。

2 無人機測繪技術的基本介紹

在進行水庫拍攝的時候，考慮到測繪環境比較復雜，特別是測繪區域內有各種房屋，增加了測繪的難度，于是采用無人機拍攝，特別要結合傾斜拍攝，對于所獲得的資料需要使ContextCapture軟件和Photoscan軟件處理數據信息并構建為模型。在拍攝的過程中，當無人機沒有捕捉到水庫建筑物圖像的時候，發現紋理區域能夠將較小的圖像映射出來。其實這種狀況與沒有拍建筑物的墻壁是比較類似的。采用無人機傾斜拍攝的方法捕捉住墻壁紋理，或者使用特寫鏡頭進行拍攝，也可以調節軟件捕捉紋理信息并編輯。在具體的工作中，可以采用點云數據，基于此將預設的不規則三角測量預設出來，沒有紋理的三維模型生成，之后使Photoscan軟件就可以采集紋理信息，完成映射。當圖像的數學關系完成后，確定位置信息，就建成了真實紋理的三維模型。

在制作圖像的時候，應用Photoscan軟件采集資料信息，對水庫的占地情況初步統計，將無人機的飛行方案制定出來，并申請空域；根據道路的線型以及無人機所具備的性能進行勘測，對于航拍的高度要明確，將各項參數設置好，包括無人機的架次、拍攝的間隔以及無人機的航向和旁向重疊等等各項參數都要準確無誤。使用Photoscan軟件進行數據信息采集，要按照飛行方向獲得地形數據。使用Photoscan軟件對數字進行編輯處理，表面模型生成后，用無人機正攝影像的范式對數據模型予以糾正并可視化處理，最終獲得三維模型[1]。

ContextCapture軟件的具體應用中，需要將軟件平臺建立起來，將獲得的數據信息構建模型。ContextCapture軟件運行中，可以對無人機拍攝所獲得的信息實時更新，可集成操作建立三維立體模型。這種無人機航拍與軟件數據處理相結合的方式，是由于ContextCapture軟件和Photoscan軟件都具備很好的兼容性，可以與其他的平臺兼容采集信息。將這兩種軟件系統用于無人機測繪工作中，所獲得的圖像能夠發揮軟件的功能將高精度的3D模型建立起來，拍攝的區域通過3D模型能夠更好地傳遞真實信息。

3 水利工程中對無人機進行航測技術的應用

與實時動態控制系統和全站儀測量技術相比，無人機主要用于現場測量，改善了施工測量環境。由于內部矢量化，提高了生產效率，縮短了項目周期，有效地控制了外部測量成本。與傳統的測量技術相比，技術操作人員數量少，操作方便。在測量過程中，無需使用立體眼鏡和跑步機直接采集數據信息來建立三維模型。如果采用傳統的攝影測量技術，使用立體圖形拍攝在一個方向上有深度感，但是不能準確地確定轉角的位置。使用無人機傾斜攝影測量技術可以對具體的拍攝位置準確定位。

3.1 無人機航測中采集紋理信息

在數字航空攝影測量的過程中，考慮到測繪環境比較復雜，特別是測繪區域內建筑物比較多，而且該水庫附近的山多、河流多，在這樣的環境中就會增加測繪難度，所以采用無人機拍攝，結合ContextCapture軟件對數據進行建模處理。ContextCapture基于物方mesh進行全局優化。ContextCapture的軟件使用有一定的復雜性，而且專業性很強，包括主從模式、JobQueue、控制點編輯、Tiling操作、水面約束等，使用之前都需要經歷一段實踐的學習，使用中更加靈活。為了保證建模輸出獲得良好的效果，ContextCapture可以從不同的角度對靜態建模主體拍攝，輸入數據源即為拍攝得到的照片，還附帶著輔助數據。這些都是默認拍攝，并保留設置，其中涵蓋傳感器的屬性，諸如焦距、傳感器的規格、主點以及鏡頭失真等等，還包括位置參數（全球定位系統），照片姿態參數（慣性導航系統）以及控制點等等，才能使得所輸出的三角網格模型具有較高的分辨率，建模主體的色澤得以復原，幾何形態及細節都清晰顯示。在具體工作中，做好像控點的影響標識工作非常重要，還要解算數據內容的，包括水庫工程項目的相關信息以及規格控制點位、新加的項目等等都要體現出來，做好數據處理工作，對數據核對準確無誤之后就可以導出[2]。

對于這個水庫工程項目，因為是新建的所以需要導入圖像數據相關信息，將圖像的設計坐標創建起來，保證坐標的位置與拍攝所獲得的信息匹配，經過參數的調整之后進行有效設計，使得數據內容準確，而且相關信息的處理效率提高。使用編輯器設置像控點。使用行之有效坐標系，將已經定義好的資料信息導入其中，然后將布控數據信息導入，做好航測標記工作。將數據信息導出之后，構建立體模型，采用這種方式可以檢測航測所獲得的成果是否準確，保證各項平面的誤差控制在規定的范圍內。遵照數據項目的設計規范與要求，進行數據測圖工作，生成數字的線性畫圖。增強數字化的技術模型，綜合區域中的具體情況，確保航測的精讀。對于加密點，經過把有關元素整合，采用實際測量的方式結合線段測繪方法，將CAD Civil3D加入其中，采用數字分析的方法，以獲得真實有效的測量結果。當這些工作完成之后，做好核對工作，平面精讀要高，符合規定，使得采集的信息有較高的應用價值。

3.2 無人機航測中對數據信息進行處理

在處理數據信息的時候使用Photoscan軟件。Photoscan在對數據信息處理中更需要遵循的流程是，安裝好軟件之后將信息導入其中，軟件會將照片自動對齊，將拍攝的角度以及拍攝的距離確定之后，將密集云全部建立起來，將每一點之間的關系計算出來，將每一個識別出來的點列入密集計算中就會形成網格，有了各個點間的矢量函數關系，從實際情況出發建立連接，3D模型就會構建起來，此時的模型中涵蓋所收集的各種數據信息，初步的3D模型形成。Photoscan軟件的使用中，可以隨時采集和編輯信息，采集和建立數據庫，存儲數據信息。無人機拍攝獲得的信息可以傳輸到指定的數據庫中，并實時更新數據信息。它可以采集、編輯、存儲最終將數據信息構建為模型。改進紋理映射算法后，還可以將原始的二維紋理圖像傳輸到三維模型的位置。拍攝區域可以通過三維模型更好地傳輸真實信息[3]。

無人機采集的圖像由Photoscan軟件處理，采集與編輯庫不分離。測繪技術由數字化向信息化轉變。在Photoscan軟件搭建的平臺上，將無人機拍攝中所獲得的所有地理元素用數字描述方法，完全滿足了地理信息系統數據庫建設和制圖應用的要求。在圖像顯示和打印高亮顯示過程中，可以動態、符號化地進行操作，符合方案規范，滿足設計圖紙要求，實現了地理信息系統與繪圖的統一。

4 結語

通過上面的研究可以明確，在對大型水利工程進行航測的過程中發揮無人的作用，一些細節都可以拍攝到位。但是，要確保無人機拍攝的圖像更為直觀，就需要轉化為高質量的三維模型，采用Pix4Dmapper軟件是非常必要的，這種軟件具有采集信息和編輯信息的功能，而且在處理這些問題的過程中可以直接建立數據庫，將建立的模型存儲在指定的數據庫中，這樣可以保證三維模型具有較高的精確度。