航空攝影測量在水利工程地形測繪中的應用

徐明明

（安徽創匯土木工程有限公司，安徽蚌埠 233000）

0 引言

在水利工程測繪的過程中，有很多工作的精度非常高，因此非常復雜，用傳統方法進行測量消耗的時間非常多，同時還需要大量的人員一起進行工作。這是采用航空測量技術就可以簡化工作，使這一項工作的整體難度大幅降低。通過使用飛機作為測量架，簡化了整個測量過程，并且由于測量難度低并且測量時間短，因此大大降低了測量成本。

1 技術介紹

20世紀中國就成立了專業的航空測量團隊，它最初是由當時的國民黨政府建立的，用于獲取中國各個部門的地形圖[1]。1949年以后，由于中國國民經濟的蓬勃發展，它開始在各個方面增加投資。由于其良好的應用效果，航空測繪在水利工程和其他調查中發展迅速。在1990年之前，各國甚至繪制了兩比例的地形圖。一個是1:5000，另一個是1:10000，然后將測得的數據與地形圖進行比較以獲得數據，從而形成地形數據庫。到目前為止，原始地形圖已發展為當前的三維城市電子地圖。這些技術的發展幫助了中國的技術創新，并進入了數字時代。例如，在Western Mapping Project中使用攝影技術就是一個非常明顯的例子。

大量的工程地形測繪結果表明，通過航空攝影測量，可以避免衛星遙感技術易受外界氣候變化，地形和其他測繪因素的影響[2]。這一問題航空攝影技術就可以對其進行解決。工作人員可以隨時設置特定的拍攝路線，這大大縮短了測量周期，并確保了水利工程設計，施工，運行和維護管理中地形圖數據的及時性要求。圖像控制點的布局是航空攝影測量的先決條件，布局效果直接決定測量的準確性和質量[3]。

2 主要技術

2.1 動態測量

RTK是GPS實時動態測量技術的縮寫。具體來說就是可以獲得更高精度的定位方法，具體方法如下：基站在工作過程中需要設置一個GPS接收器來轉換高度，坐標等地理信息，并以參數形式輸入流動站的相位控制。衛星信號將在基站和流動站之間傳輸，因此控制手冊可以及時處理數據。另外，把預定好的時間與實際進行比較，再通過系統的測量，可以改進所得到的時間表。測量的高度，坐標和進度必須同時記錄在手冊中。其工作原理是在測量被測位置時，有必要根據高速運動的瞬時位置進行空間切割。

在航空攝影測量的過程中主要采用無人機技術，大量的無人機構成飛行網絡來進行測量。合理、科學、規范的路由網絡可以大大縮短測量周期，提高測量精度。必須確保路徑末端的上下控制點以相同的方式排列，然后使用主點將上下控制點設置在同一條直線上。根據道路水利工程地形調查區的設計要求，應保證重疊部分不少于80%，水平重疊部分不少于70%。

2.2 基本作業技術

圖像控制點的布局完成后，將使用航空攝影測量技術來測量水利工程淹沒的被測物體的高度。淹沒調查的準確性是水利工程地形圖調查的核心環節，對調節水庫的正常儲水量具有重要影響[4]。因此，高程測量的誤差需要控制在±10cm之內。如果水利工程的坡度較小，則高程測量的誤差應控制在±30cm之內。如果水利工程位于丘陵地區，則高層的測量誤差應控制在±50cm之內。在水利工程庫區的調查中，需要對1:2000地形圖進行全面而系統的調查。通過這種測量方法，可以滿足水利工程淹沒調查的具體要求。在對庫區進行地形圖測量的過程中，可以使用航空攝影測量的組合方法。對測量精度的要求是：誤差小于±20cm，并且仰角誤差也小于±20cm。水利工程地形圖基站的標定是水利工程地形圖的重中之重。標定站標定的準確性，不僅會影響航空攝影測量的精度和效率，而且還會帶來很多未來數據分析和處理上的矛盾。在特定的校準過程中，可以使用以下兩種方法。①通過靜態數據獲取參考站某一點的坐標數據，并將航空攝影測量控制點的坐標輸入手冊，以獲取水利工程的地形測量數據。然后，通過流動站收集控制點的坐標，并將收集到的數據轉換為地形圖數據，從而為繪制地形圖提供數據支持；②調查和繪制水利工程中的一些特殊區域。如果找不到合適的控制點來布置參考站，則可以將參考站布置在該區域中相對平坦的位置。簡而言之，它是一個虛擬參考站，它使用基站在設定點處收集數據。

在選擇基站時，應該選擇一個離流動站較近的地方。基站與流動站之間的距離過于遙遠，就會導致這種測量方法的初始化延長，最終影響到測量結果。

3 具體應用

3.1 校準基站

目前基站的校準方法主要有兩種，第一種就是收取已有的數據，通過數據來得出坐標，之后直接在手冊中輸入坐標，然后來進行相應的數據分析，并將每個流動站上收集的地理坐標數據替換為相應的地理參數。此方法適用于具有已知點的基站。收集在流動站控制點測量的地理坐標。該方法主要適用于隨機放置參考站的方法。為了使航空勘測具有一定的意義，對航空飛行質量的要求主要包括以下幾點：照片的傾斜角度不能超過3°。一旦發現錯誤，必須立即檢查攝影測量方法。為了用照片覆蓋整個測量區域，當重疊程度小于最小限制時，適當增加飛行距離以執行飛行測量。在后處理中處理攝像機圖像時，必須控制路線圖像的曲率不超過3%。照片的旋轉角度不能超過6°，這是相框的框架與相鄰照片在同一方向上的停滯點之間的角度。

3.2 地形圖測繪

航空攝影測量的主要目的是通過正交投影圖像顯示地面中心投影圖像。有很多使用的方法，例如：分析方法、模擬方法等。執行內部工作時，必須嚴格加密映射控制點。常規的輻射三角剖分方法適用于平坦的地形，而丘陵和山脈等地形三角剖分方法的應用是建立一種空中三角剖分方法。在野外作業時，請注意以下幾個方面：對光控點進行聯合測量時，可以通過常規測量方法確定平面坐標和標記點的高程。地形，要素和其他元素由指定的地形圖符號繪制和注釋。未照相的和新添加的更重要的功能必須標記為在調查中獲得的地名。在測量和繪畫時，可以使用三種方法：室內、室外或兩者結合。

3.3 誤差處理

3.3.1傳感器錯誤和處理

為了確保無人機航測數據和圖像數據的實時傳輸，通常需要在無人機中攜帶無線傳輸模塊。但是，無人機的負荷較小，只能安裝一個簡單的傳感器模塊以延長電池壽命，與現有設備相比，通信傳輸效果減弱。在數據傳輸過程中，可能會發生某些錯誤，并且圖像數據經常會失真。為了解決這些問題，必須選擇最新的通信設備，盡管價格昂貴，但可以同時考慮小尺寸和高精度。另一種方法是增加無人機內置存儲模塊的容量并臨時收集所收集的圖像數據。無人機航測完成后，將其保存到存儲設備并直接導出圖像數據。這樣，無需傳感器的壓縮處理就可以保證圖像數據的準確性。

3.3.2無人機平臺的處理

在空中勘測期間，由于無人機在拍攝過程中被風搖晃，在飛行過程中偏離預定路徑，或者拍攝角度不理想，導致圖像數據模糊并且分辨率很差。在這種情況下，采取的措施之一是選擇無風，晴朗天氣的航測工作，以避免外部因素對無人機航測工作的影響。第二項測量是結合使用智能導航和手動控制模式來支持無人機飛行以獲得更準確的圖像數據。第三種方式是安裝空中POS和GPS定位，以支持空中3次測量，并達到提高數據準確性的目的。

3.4 發展趨勢

隨著無人機技術的發展，它將在航空攝影測量領域提供更大的應用優勢。此外，無論是水管理工程測量，地籍測量與制圖，救災等活動，對無人機航空發現的準確性和信息反饋的及時性都有很高的要求，無人機航空測量技術必須不斷創新和完善。未來主流發展趨勢主要有兩個方面：①提高智能水平，目前仍然有許多當前對航空勘測無效的數據，或者有很多重疊的圖像數據而圖像模糊。隨著無人機的智能水平進一步提高，可以自動調整曝光補償和拍攝角度以獲得更清晰的圖像數據；②無人機和設備（通信模塊、照相設備等）的小型化，這增加了航行時間并完成了更多的空中勘測工作，使其適合于大型水利項目的勘測。

4 結束語

總而言之，根據目前該技術的發展情況來看，航空攝影測量進行水利工程測繪中有著很重要的應用，不僅可以提高水利工程地形測繪的精度，同時也可以減少工作量，目前我國的航空技術在不斷發展，水利測量技術也在不斷進步，分辨率越來越高，及時性越來越好。這樣就使得水利進行測繪的過程中得到的測量結果越來越符合實際情況，這對于水利工程的整體設計以及維護有很大的幫助，有利于我國水利工程的持續健康發展，通過研究這一技術我們可以發現，在未來隨著航空攝影測量技術的進一步發展，這一技術可應用的范圍一定會越來越廣，使更多行業實現進步。