小型無人機(jī)免像控在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用研究

張榮斌

(陜西渭河生態(tài)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710068)

1 研究背景

隨著水利工程勘測(cè)設(shè)計(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭的日益激烈，快速高效為設(shè)計(jì)人員提供既能真實(shí)反映工程情況又能滿足設(shè)計(jì)要求精度的測(cè)量成果愈發(fā)顯得重要。測(cè)量成果既要反映工程區(qū)地表情況和地質(zhì)狀況，從不同方位反映物體的形狀、大小和高差，又要得到每個(gè)地物點(diǎn)真實(shí)精確的工程系三維坐標(biāo)，可量測(cè)地物的長度、高度、坡度、角度及面積的測(cè)繪成果，使規(guī)劃設(shè)計(jì)人員如同身臨其境，能準(zhǔn)確全面掌握工程全貌全局，得到細(xì)部點(diǎn)的高精度空間關(guān)系，可滿足多專業(yè)、多層級(jí)專業(yè)人員共同研究項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，科學(xué)合理布設(shè)建筑物。

2 測(cè)區(qū)情況和作業(yè)方式

2.1 測(cè)區(qū)情況

洛惠渠龍首壩水庫樞紐位于陜西省渭南市澄城縣狀頭村，是我國近代著名的水利科學(xué)家、教育家李儀祉先生主持建設(shè)的“關(guān)中八惠”之一，為增加灌溉引水量、肥田改土、減少黃河下游泥沙等方面做出了重要貢獻(xiàn)。本項(xiàng)目測(cè)區(qū)范圍0.36 km2，長約0.8 km,寬約0.6 km,最低點(diǎn)海拔383 m,最高點(diǎn)海拔432 m,測(cè)區(qū)高差49 m,測(cè)區(qū)范圍以河道及兩岸為主，地形復(fù)雜，交通不便，飛行條件較好。

2.2 飛行平臺(tái)

本工程采用精靈 Phantom 4 RTK，集成全新RTK模塊，支持搭配D-RTK 2高精度GNSS移動(dòng)站，擁有更強(qiáng)大的抗磁干擾能力與精準(zhǔn)定位能力，獲取實(shí)時(shí)差分?jǐn)?shù)據(jù)，提供實(shí)時(shí)厘米級(jí)定位數(shù)據(jù)，顯著提升圖像元數(shù)據(jù)的絕對(duì)精度。飛行平臺(tái)總重量1 391 g，最大起飛海拔高度6 000 m，最大上升速度6 m/s，最大下降速度3 m/s，最大水平飛行速度50 km/h；搭載圖像最高辨率5 472×3 648單片有效像素2 000萬(總像素2 048萬)，傳感器尺寸1英寸CMOS，鏡頭焦距8.8 mm(等效35 mm)。

2.3 飛行及像控布設(shè)

圖1 飛行航跡點(diǎn)圖 圖2 像控點(diǎn)布設(shè)圖

2.4 建模和數(shù)據(jù)采集方式

本次研究共獲取346張影像，分別采用有像控和免像控兩種形式，采用ContextCapture(smart3D)軟件進(jìn)行空三解算和三維建模，采用清華三維Eps軟件采集檢查成果精度。空三解算成果見圖3，三維實(shí)景模型見圖4。

圖3 空三解算成果圖 圖4 三維實(shí)景模型

3 不同測(cè)繪方式工作效率及精度對(duì)比

3.1 工作效率

采用人工測(cè)量、傾斜攝影航測(cè)布控和免像控三種作業(yè)方法，對(duì)項(xiàng)目內(nèi)外業(yè)工作量、工作時(shí)長、成果類型對(duì)比見表1。

表1 不同作業(yè)方式工作效率及成果類型對(duì)比

表2 傾斜攝影測(cè)量布設(shè)像控和免像控精度統(tǒng)計(jì) m

從表1中可以看出:

(1)人工測(cè)量外業(yè)工作投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于航測(cè)技術(shù)，航測(cè)布像控外業(yè)工作投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于航測(cè)免像控；人工測(cè)量內(nèi)業(yè)工作投入略小于航測(cè)技術(shù)；

(2)人工測(cè)量的工期大于航測(cè)技術(shù)，航測(cè)布設(shè)像控工期大于航測(cè)免像控；

(3)人工測(cè)量的成果類型僅有DLG (數(shù)字線劃地圖)，而傾斜攝影航測(cè)技術(shù)除有傳統(tǒng)航測(cè)的4D產(chǎn)品外，還有測(cè)量精度的可量測(cè)三維實(shí)景模型。

3.2 精度對(duì)比

為研究傾斜攝影布設(shè)像控與免像控的成果精度，本次以人工測(cè)量實(shí)測(cè)點(diǎn)為基準(zhǔn)，選取20個(gè)測(cè)區(qū)特征點(diǎn)進(jìn)行精度檢查對(duì)比，檢查對(duì)比數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2。

從表2中可以看出:

4 結(jié)語

通過三種不同攝影測(cè)量方式內(nèi)外業(yè)工作量、工作效率、成果類型，以及成果精度對(duì)比研究和統(tǒng)計(jì)分析后認(rèn)為，小型無人機(jī)精靈Phantom 4 RTK采用傾斜攝影航測(cè)技術(shù)較人工測(cè)量，既可大大減少外業(yè)工作量和縮短工期，又可為設(shè)計(jì)人員提供多樣化的測(cè)繪成果，尤其是可量測(cè)的高精度實(shí)景三維模型，大大提高了設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的感知度，為科學(xué)論證設(shè)計(jì)方案提供條件；另外，采用精靈Phantom 4 RTK免像控技術(shù)雖在精度上較布設(shè)像控有所衰減，但滿足1:500地形圖測(cè)繪精度，并進(jìn)一步減少外業(yè)工程量、縮短工期，可在小面積水利工程測(cè)繪中成為新的作業(yè)方式。