無人機傾斜攝影測量技術在水庫庫容量算中的應用

李鑫龍，阮寶民，陳和權

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130062）

0 引言

無人機攝影測量系統是近年來出現的一項新興測量技術，作為一項空間數據獲取的重要手段，可以實現影像的實時傳輸、高危地區探測[1]，具有技術靈活、成本低、高效等優點[2]。隨著科技進步，無人機攝影測量技術在軟硬件方面有了巨大的突破，免相控技術的出現使得生產效率有了更大的提升，利用傾斜攝影測量技術可以自動生成三維模型和數據點云，簡化了后續繪圖工作，可以為水庫庫容量算提供精準的基礎數據。

目前水庫庫容的常規計算方法大致有幾種：地形法，通過常規的地形測量，獲取庫區的地形圖資料，通過應用不同的插值模擬方法計算水庫庫容容量；斷面法，通過測量庫區內布設的斷面及計算軟件估算庫區庫容；混合法，將幾種方法綜合使用。對比幾種方法，在庫容求取過程中，都存在人工重復操作繁瑣、自動化程度低等問題。隨著航測遙感技術的發展，數據采集和計算方法變得愈加豐富，劉東、李艷利用遙感技術成功估算了鄱陽湖庫容容量[3]；張晨、牟乃夏等人應用無人船等技術手段精確計算了梅州水庫庫容量[4]；王珂應用三維激光掃描技術對地下洞庫庫容進行了計算[5]；何亮、李端有等人基于ArcEngine和多波束技術實現了水庫庫容的高精度計算分析[6]。

下文以黑龍江某地區抽水蓄能項目為依托，應用無人機傾斜攝影測量技術進行庫區地形數據信息采集，基于ARCGIS技術，建立庫容容積計算模型，從而實現庫容容量與曲線圖的半自動化生產，最后通過與實測數據的對比分析，分析模型精度，最后總結出一套完整的計算流程，為今后水庫庫容量算提供一種新的計算方法。

1 工程實例

1.1 工程概況

此次工程為黑龍江省某地區的抽水蓄能電站施工項目，測區位于牡丹江中下游地區，屬于寒溫帶大陸性氣候，四季分明，春秋季短，夏季高溫多雨，冬季漫長寒冷。年平均氣溫4.4℃，年平均降水量540 mm。項目區平均海拔400 m，丘陵遍布，山巒起伏，層巒疊嶂。項目要求計算項目區上庫盆區域水庫庫容，測量面積約1.1㎞2。

1.2 無人機選取

根據技術設計書設計航測區域，結合測區綜合考慮安全、效率、效果等因素。采用華測P560六旋翼無人機搭載睿鉑RIY-DG3傾斜相機進行高精度傾斜數據采集，P560無人機是上海華測導航股份技術有限公司自主研發的專業級旋翼無人機飛行平臺，采用免工具快拆結構，航攝時間長、抗風性能強、負載能力強，并具備一定雨中作業能力。

1.3 航攝儀確定

航空攝影測量的地面分辨率取決于無人機航攝高度與航攝儀的選取。此次航測項目選用睿鉑RIY-DG3傾斜相機，設計地面分辨率為0.017 m。共飛行5架次，航測時間定為晴朗天氣狀況下10:00—12:00進行。

1.4 數據處理

三維建模之前，對航片進行簡單整理：剔除不合格的航片，如曝光嚴重、對焦失敗、拍攝拖影、拍攝到無人機腳架、構圖嚴重不合理等；刪除起飛和降落時拍攝的相片。三維建模主要包括空中三角測量、生成密集點云、構建TIN模型、自動紋理切片等過程。

利用ENVI5.1軟件對處理點云數據進行數據分類與信息提取，可進行建筑物輪廓、電力線桿、樹木等地物的自動提取，并完成三維模型的構建。利用剔除樹木房屋等明顯地物的點云數據生產DEM數據。

2 庫容量算

一定設計水深范圍內形成四棱柱三維立體模型，每個棱柱的體積疊加成某一設計水深的庫容。在構成的立體模型中，對不同設計水位進行立體分割，可以得出不同設計水位相對應的庫容和相應的設計數位面積。將各設計水位面積與相應容積繪制成圖，構成相應庫容曲線。該項目基于GIS平臺，采用構建TIN數字高程模型的方法，利用GIS統計分析與二次開發的功能，實現庫容的自動化量算，最終直接輸出庫容曲線圖。

3 對比分析

從項目數據采集到后期計算結果檢查提交，總共用時2個工作日。為了驗證模型計算精度，將自動生成的庫容計算數據與實測后計算數據進行對比分析，實測數據采用椎體計算方法進行庫容量算，計算水庫面積和相應的庫容容積。選取設計高程592～600 m區間內的庫容面積容積計算結果進行比較，對比結果如表1所示，V表示傾斜攝影測量方法計算庫容容積值，V′表示傳統實測方法計算庫容容積值。可以看出，兩種方法計算庫容結果相差在10%左右。分析差值原因：三維模型法是將整個水庫庫盆范圍模擬成三維模型，與實際地形高度相似，而實測等高線模擬法是將庫盆地區模擬為光滑的棱錐，所以三維模型法計算結果更接近實際庫容量，可以推斷三維模型計算庫容量方法可行。

4 結語

研究分析表明，三維傾斜攝影測量技術具有獲取數據速度快、準確度高的特點，并可以將其應用在水庫庫容量算中。通過應用三維傾斜攝影測量技術手段，獲取水庫范圍內的高精度數字高程模型。基于GIS技術，將獲取的數據進行處理分析，自動剔除影響因素，最終實現半自動化庫容曲線出圖，并與實測方法進行比較分析。結果顯示，應用攝影測量技術，結合GIS理論方法計算水庫庫容，不僅計算結果準確，而且可以節省人力物力，為以后工程、房產、地籍等測量工作提供了新的思路與方法，更為測繪事業的發展拓寬了道路。