水利工程測量中無人機航測的應用探討

程麗

（重慶長江勘測設計院有限公司，重慶 401336）

0 引言

工程測量將水利設計圖紙和工程的施工聯系在一起，是一項十分重要的工作。在這方面，中國的水利工程建設越來越受到重視，并取得顯著成效。工程測量在現代工程中的應用越來越多，是為了找到正確的施工位置，最大限度節約成本。對工程測量進行研究是水利建設中的一項重要工作，只有保證工程測量數據的詳細和準確，才能使施工技術能夠順利進行，保證施工時間和質量符合國家有關規定。隨著科學的進步，無人機航測測量和遙感技術取得長足的進步，特別是無人機航測技術在實際測量中使用較多。無人機起降靈活方便，攜帶方便，對周圍環境和天氣要求不高。一般而言，空中范圍附近無障礙的平坦地面足以自由起降。可以低空飛行，提高運行效率。與傳統的工程勘察相比，現場人員的投入顯著減少。因此，無人機航測技術廣泛應用于水利工程測量中。

1 水利工程測量的意義

要建設高質量的水利工程項目，需要一個施工環境復雜的高精度測量網。水利工程施工前都需要進行工程測量，而且必須對工程進行技術研究，因為這將解決工程中可能出現的問題。在施工階段的勘察中，首先根據地形、技術特點、施工組織和施工方案介紹施工管理網絡，然后采取各種措施滿足施工要求，并進行施工質量檢查。對設備進行最終檢查、變形監測和安裝，合理設計、校核設計理論、水平位移和調整，定期或連續監測和測量建筑物的傾斜和振動。在勘察過程中，首先對施工情況進行檢查，然后解決一些問題，確保施工順利進行。由于水利工程施工場地大，施工環境復雜。在施工準備階段收集一定的數據，使監理工程師在具體測量中不會有太大的偏差，使測量結果更加準確。從而提高工程測量中相關工程的穩定性，并且大范圍進行工程測量，能夠有效地進行數據的測量工作，確保水利工程施工能夠順利進行。在工程建設中，制定一套完整的水利施工程序非常重要。在應用無人機航測之前，用傳統的測量方法測量工程的工作量是巨大的，而且受技術影響，所需要的時間特別長，條件還非常的艱苦，不僅花費人力及物力，而且存在測量結果不準確的狀況。無人機航測應用之后，給工作人員帶來了特別大的幫助，施工人員能夠拿到準確的測量數據，在提高施工質量的基礎上，降低施工難度。實時的控制施工進度和施工狀態，建立一系列較為完善的水利工程施工體系，可以大大降低施工中的出錯率，同時提高整個工程的質量，這是我們對水利工程進行工程測量的首要原因。

2 無人機航測的具體應用

2.1 無人機飛行作業

在施工階段應準備一定的數據，以確保準備材料的準確性。為了使測量更準確，必須仔細檢查用于特定測量的儀器，其結果將有助于提高施工質量。無人機航測技術根據水利工程項目內部業務設置確定飛行區域，執行規劃飛行區域的攝影航線規劃和正射影響航線規劃，可以快速獲取高分辨率數據。通過配備的攝像頭和其他傳感器獲取準確直觀的地面信息。為確保照片分辨率一致，需要在兩次飛行期間將無人機導航參數設置為在制造商默認規格允許的最大導航參數下飛行。如果兩次地面分辨率都調整到5.6cm，正射鏡頭人機飛行高度設置為12m，無人機飛行高度設置為92m，航向重疊設置為80%，側邊重疊設置為70%。低空攝影照片的分辨率可以達到3~5cm的超高分辨率數字圖像，這是常規測量無法達到的。小型無人機可在100~500m范圍內進行低空航拍作業，讓用戶快速、高效地完成所需的結果。小型無人機單次飛行作業面積約1km2，作業效率高。無人機飛行作業如圖1所示。

圖1 無人機飛行作業

2.2 控制網布設

首級控制網使用當地國土資源局提供的9個GPS-C級控制點作為啟動數據，重新測試控制網后，使用GNSS-RTK安裝網絡定位服務。水利工程項目平面坐標以CGCS2000國家坐標系為基準，高程選用1055國家高程基準。衛星定位連續運行基準服務平臺提供整個水利工程項目的信號覆蓋，信號良好，數據穩定，可以直接使用CORS測量圖像控制點。水利工程的加密控制點，平面數據在一級控制網中進行調整，高程數據在首級控制網中進行平面擬合后應用于測量區。

2.3 建立完善的數據庫

進行水利工程測量過程中，需要樹立良好的服務理念，良好的服務理念能夠幫助相關工作人員提高工作效率。在進行水利工程測量時，需要對測量任務有詳細的了解，這就需要工作人員更加積極主動，使測量工作能夠順利進行。首先，水利工程設計、施工、計量等部門隨時進行溝通，保證信息交流的暢通，實現真正的信息數據共享，以達成共識和標準；其次，水利工程的建設時基本上都是按照城市基本規劃進行的，按照重點突破的原則設計的，所以進行測量時要根據先前規劃進行逐一測量。最后，各部門要相互協調配合，便于統一管理，提高工作效率，避免資源浪費。進行水利工程的數據庫建立的過程中，要充分考慮水利工程的管理和后期發展。而且在數據庫建立時，要將所有水利工程視為一個整體，收集數據建立信息數據庫。更好的發揮出數據庫應有的數據管理、信息查詢、統計分析等功能，讓水利工程信息數據庫更加完善，為水利工程提供更好的服務。

2.4 外業數據收集

在圖像采集過程中，現場人員完成圖像數據的第一次自檢，及時發現數據缺陷，排除問題和缺陷圖像，及時進行補充和重拍，保證圖像質量。在平坦區域選擇圖像控制點，使圖像更清晰。目標明確的區域有利于內業刺點。外業使用帶有高分辨率相機的固定翼無人機進行數據收集。影像控制點的部署密度較高，可以滿足1:2000大比例尺映射的精度要求。水庫外業數據收集如圖2所示。

圖2 水庫外業數據收集

2.5 內業數據處理

無人機采集影像數據后，會生成數字高程模型和地表模型，以及拍攝區域的數字正射影像。同時，在項目完成范圍內，根據業主單位提供的施工前測繪數據，構建經過處理的TIN網絡。利用ArcGIS軟件生成三角網格，計算每個三角柱的開挖（填方）量，最后將區域內所有三角柱的體積累加，以水平面為計算面。同時，利用水利工程邊界樁的結果，結合現狀，將采集到的地形數據與水利工程建成區的施工前數字高程模型進行對比計算。

3 水利工程放樣和變形監測

隨著大型水利建設需求和規模不斷擴大和變化，迫切需要發展快速、準確、經濟、高效的空間規劃技術。遠程控制和通信技術將具有良好的應用前景。空間規劃技術的不斷創新和呈現，空間規劃技術將受到越來越多的關注。無人機航測的發展，對大型水利工程在相關的施工與竣工過程中的空間形態進行實時、準確、完整的記錄將越來越受到重視。無人機攝影測量和地面激光掃描具有高質量的應用潛力。然而，大型水利動、靜態變形的自動監測技術和措施還有待于進一步探索和發展。有望在技術手段和操作規程、檢測技術、實時監測數據處理技術等方面取得新突破。應積極開發智能分析技術和視覺表達技術，通過形態檢測和變形監測，滿足最新結果和質量保證的要求。

4 結語

近年來，無人機航測測量作為一種新型的航空遙感技術發展迅速，且技術日趨成熟。與傳統的測繪技術相比，無人機航測測量可以捕捉具有表面特征的4D產品并且獲得的信息更加全面，因此被用于多種行業和學科。無人機與GPSRTK結合，利用無人機快速靈活獲取地面位置數據。GPSRTK外業捕捉影像控制點的平面和高程信息，保證航拍區域內的測量精度，兩者結合生成數字高程模型，在水利工程測量中發揮重要的應用。