航空攝影測量在水利工程地形測繪中的應用與分析

張朝帥

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春130000）

水利工程的不斷建設與發展，推動了水利工程測繪工作的不斷發展。在實際測量過程中，由于工程施工地區的面積、地形地貌、水文特征等多種地理環境的影響，加大了測繪的難度，對部分的測繪工作有著技術性的要求。與此同時，傳統測繪技術的弊端也逐漸突出，不僅無法保證測量數據的精準度，更無法滿足其他對測繪技術的要求，同時還造成時間、人員、資金的浪費。而隨著科技的不斷發展，航空攝影測量技術橫空出世，并在各個領域中普遍應用，尤其是在水利工程測繪方面，不僅滿足了現代發展中水利工程測繪工作的要求，更是能彌補傳統測量工作中的不足，其測量技術的靈活性能有效解決傳統測量工作中的問題，從而降低了測量的成本，性價比極高。

1 航空攝影測量發展現狀

航空攝影測量是指通過各類飛行器與航攝儀器對地面進行連續拍攝，在二者聯合應用中，控制其對地面目標控制點進行測量、調會、立體測繪等，結合實際拍攝的圖片，最終實現對目標控制點的地形圖的繪制。隨著經濟的不斷發展，科學技術也在不斷進步，而航天航空的發展也不僅僅局限于飛機的研制、使用和對外太空的探索，更多的是對飛行器具的研究，使飛行器具為國家的發展做貢獻，航空攝影測量技術的發展正是科技研究人員對這一目標努力的結果[1]。航空攝影測量技術如今逐漸向無線自動化和信息化不斷轉變，利用無人飛行器配合信息技術，能對地面目標實施精準測量，例如，其中的地理信息系統重點對地面進行定點測量，而數字遙感系統更是具有強大的數據儲蓄功能，對測量數據進行儲存等。此項技術的發展和應用，在地質勘察以及海洋監測等諸多方面發揮著巨大作用，對中國社會的發展作出巨大貢獻。

2 航空攝影測量技術的特點

2.1 可靠性

水利工程的建設會受到多方面的制約，此類工程具有極高的復雜性，為確保工程建設的質量和安全性，需要在工程實施前做好工程建設的準備工作，工程測繪工作就是其中一項環節，也是最重要的準備環節。采用航空攝影測量技術能夠對各種限制因素進行有效規避，通過遠程監控，根據設定路線使其飛行并進行測量，增強了飛行器工作的穩定性，提高了測量的安全性，通過航空攝影測量能夠對高危地區進行拍攝，利用攝影設備的高級精密度，提升了航空拍攝測量的精準度，為水利工程建設提供精準可靠的數據支持，推動了水利工程建設的發展[2]。航空攝影測量對于測量工作有系統流程設計，在工作過程中按照系統流程設計從而完成測量任務。在拍攝之前，技術人員要按照系統流程完成飛行計劃的制作。在飛行過程中，通過系統操控使其進行實時可視化操作，使飛行器輔助技術操作人員高質量地完成目標點的拍攝工作。飛行完成以后，對飛行路線進行拍攝重現，檢查是否有地區遺漏，必要時立即進行補拍工作，以確保拍攝工作的可靠性。

2.2 安全性

中國幅員遼闊，地形和地理氣候相對復雜，差異大，存在著一個地區多種地理風景的特殊現象。受當地地理因素影響，衛星遙感數據采集技術會受到積雪和云層的干擾，測量結果存在著誤差，并且由于地理環境復雜，實際測量會對專業人員的生命安全造成一定的威脅[3]。而采用航空攝影測量技術能夠完美地對上述困難進行克服和解決，凸顯了科技發展的重要性。航空拍攝并不受限于航高、地形地貌、氣候、界限等傳統測量時出現的影響因素，保證了操作人員和測量設備的安全性，并且其成像的質量和精準度更是遠遠超過傳統測量方法。

2.3 靈活性

在航空攝影過程中，無人機相對于其他航空拍攝設備而言，使用率比較高。無人機操作靈活，方便好學習，而且運動范圍大，限制因素少，對于起降場地的要求低[4]。在利用無人機進行攝影測量過程中，在飛行起飛前的準備時間短，工作量小，在起飛后的測量工作中，根據其自身的體積小、飛行時靈活性高的特點，能在短時間內完成拍攝工作，并且其儲存功能更是可以做到隨拍隨保存，有效地縮短了航空攝影測量的工作時間，充分體現出其靈活性的特點，提高了測量工作的效率。

3 航空攝影測量在水利工程地形測繪中的應用

3.1 在數據控制方面的應用

由于中國地理環境的特殊性，水利工程的施工現場地形通常比較復雜，在施工現場可能存在著山地地形，或者是被積雪覆蓋、被樹木等植被覆蓋，并且地表結構復雜，導致施工的難度增加，水利工程建設開展進度比較慢，影響整體工程的建設速度[5]。在傳統的測量過程中，技術人員通常使用光學儀器進行數據的測量與采集，在遇到障礙物時，儀器將無法繼續測量，這種斷續性測量方式最終會導致測量結果不準確。而無人機輕便小巧，不僅可以克服障礙物的阻礙，還可以對其進行數據記錄，并能夠將測量的數據和行進路線等完整地呈現出來，施工團隊不僅有測量數據的參考，還有行進路線的參考。其對于數據的控制、水利工程建設設計和施工方向進程都有導向性的作用，從而提升水利工程建設工作的效率。

3.2 在精準位移上的作用

航空攝影測量技術的應用可以建立在空間范圍之上，利用其靈活性和可靠性的特點對所需要測量的物體方位進行測量，并使用空間坐標將其完整地表示出來，使工程師有直觀的感受[6]。在水利工程項目建設中，堤壩位置的確定是其一項重要的工作，水利工程是對水資源的儲存和運行進行加固或改造，對民生有重要意義，其位置和建造都是需要對水流量和壓力等條件進行綜合考量，否則會減短堤壩的使用壽命，甚至造成潰堤，導致整個工程的崩塌，對國民造成不可挽回的嚴重損失。而航空的攝影測量技術具有數據分析系統，可以對水流的流速及其壓力進行計算和分析，方便工程師確定堤壩建造的位置和建造工藝以及精準位移，進而提升水利工程建設質量，增加社會效益，保障國民的生活生產安全。

3.3 在工程檢測上的作用

在水利工程建設施工中，因為自然條件的不穩定性，部分已經完工的工程項目會因此遭到破壞，給日后工程投入使用埋下隱患。通常情況下，這種隱患并不會被肉眼檢測出來，因此需要采用航天攝影測量技術對其進行反復檢查，其中的信息技術處理系統中蘊含的接收和定位系統能夠直接顯示器件檢查到的建筑隱患，如若真實存在安全隱患，應立即停工，對隱患部分進行嚴密的重復施工[7]。在實際施工中，應用該項檢測技術進行定期的反復檢查，對一個工程而言，安全問題是其建造成功的必然條件，若是無法保證其質量安全問題，那么此工程的建造除了資源浪費，不具備任何意義，而此技術的存在可以完美解決該問題，從而提高工程質量。

3.4 在校準基站中的運用

在基站校準過程中發現，現階段進行基站校準的過程中具體包含如下兩種方式。

第一，收集現有數據，并通過數據分析得出相應的水利工程坐標數據，再直接在手冊中輸入坐標數據，然后再根據相應的數據結合流動站上相應的地理參數，對所有數據進行解析，并將坐標數據與相應的地理數據進行替換，在這一方法實際運用過程中，一般會用于已知點水利工程基站的數據分析。

第二，收集流動站控制點測量過后的坐標[8]。此方法在現階段主要是用于隨機放置的參考基站考察中運用。但是，在實際測量過程中，要想使得航空勘探中具有的作用能得到有效的發揮，就必須要從三方面對航空的飛行質量進行具體控制和管理：①對照片的傾斜度進行嚴格的控制，在飛行拍攝過程中用的照片傾斜度必須保證小于等于3°，若是此過程中發生錯誤，則需要嚴格執行測量要求的情況下，檢查拍攝測量方法，使其始終都能在正確測量的范圍內；②為保證能夠對整片測量區域進行全面拍攝，在重疊程度小于拍攝最小限度時，則需要拍攝員根據實際情況調整飛行距離，促進拍攝測量飛行任務能圓滿完成；③在對飛機攝像圖片進行處理過程中，必須要控制路線圖像的曲率，并保證其不能超過原曲率的3%，旋轉角度必須要小于等于6°。

3.5 在地形圖測繪中的運用

對航空攝影測量技術運用的真正目的在于，運用正交投影圖像將地面中心投影圖形進行顯現，在此過程中會運用到模擬法、分析法等常見的方法，因此，為保證測量結果測得準確性，需要在內部執行過程中，嚴格監管映射控制點，并對其進行加密處理。首先，從常規輻三角剖分法角度進行分析，一般運用于地形較為平坦地區進行水利工程檢測，但是三角剖分法與其不同，其在運用過程中主要是在丘陵、山脈等地區的水利工程開展分析和檢測，在航空拍攝過程中若要運用該方法，則需要站在三角剖分法基礎上進行[9]。其次，在進行野外作業過程中，需要將其中關鍵點進行高度關注，以此提升地形圖測繪的效果。關鍵點如下：①在開展光控點進行聯合測量過程中，通常需要借助常規測量的方式對地面的高程和平面坐標進行確定；②對于拍攝區域中未進行拍攝、新添加的水利工程以及更重要工程建設地點，必須在調查中獲得地名中記錄，并對其實施標記；③在實際測量以及測繪過程中，需要室內外結合、室內、室外三種方式相結合地開展工作。

3.6 在誤差處理中的運用

首先在傳感器錯誤處理中的運用。在使用無人機進行航空測量過程中，為保證傳輸圖像以及航空測量數據能夠技術傳輸回地面，會運用到實時傳送的方式開展工作，在此過程中通常會在飛行機械上攜帶無線傳輸模塊，為減輕飛行器械的負荷量，在實際航空測試過程中，一般會安裝比較小的傳感器模塊，但是此種模塊的測量結果與功能齊全的傳感器模塊相比，傳輸的效果會根據實際狀況發生變化，使得效果不穩定并存在效果減弱的情況。在此情況下，傳輸回地面的數據容易出現錯誤，無法保證其真實性，圖像也會存在失真的情況。為解決上述問題，需要根據實際拍攝情況對通信設備進行更新和替換，提升水利工程測量過程中攝取的數據和圖像傳輸設備以及尺寸的精準度，保證其無論在哪種航空測量器械中都能進行安裝和使用，并且數據具有精準性高、圖片畫質清晰的優點。

在無人機平臺事故處理過程中的運用。在航空拍攝過程中，會受到外界很多因素的干擾，會與原定的航行有一定的偏差，或者無法運用合理有效的角度對數據進行繪制以及圖像的拍攝，因此無法保證數據的準確度和數據的清晰程度。為減少上述的問題，或是在已經出現時能對其進行有效地解決，在拍攝過程中，要與氣象部門取得及時聯系，選擇在晴天進行航空拍攝，減少自然因素在航空拍攝過程中的干擾和影響。

3.7 航空拍攝技術在水利工程測量應用時的注意事項

3.7.1 按照設計圖紙來進行選點工作

在開展水利工程測繪時，應以圖紙設計為基礎開展選點工作，在此需要注意以下三個方面：①在埋石過程中需要選擇交通便利的地點開展工作，以此方便航空拍攝設備放置以及操作作業的完成；②若是運用無人機進行拍攝操作，為減少作業執行過程中出現拍攝視線被遮擋的情況，需要在拍攝過程中選擇視野開闊、空中沒有障礙物的地區，并選擇水域較小的區域；③在選點過程中，需要認真仔細、謹慎入微，嚴格開展選點工作。

3.7.2 航高和攝影比例的確定

在拍攝過程中圖片的傾斜角要小于等于3°，若是存在誤差，需立即停止拍攝，并對攝影測量方式進行抽查，使得成圖質量得以有效提升和保障。為擴大圖片拍攝過程中包含的區域，使其能覆蓋整個繪制區域應當對重疊度進行限制，在其小于最小限定值時，應根據實際需要增加航班，提升飛行測量效果。在拍攝完成后，對航線圖像彎曲度進行處理過程中需要對其進行控制，使其不得超過3%。

4 結束語

近些年來，在水利工程建設中，水利工程的測繪工作是水利工程建設準備工作的重要環節，其測繪工作對于技術的依賴性越來越大，只有將測繪工作做到位，才能為水利工程建設提供數據依據。而航空測量技術能很好地服務于地形的測量工作。航空攝影測量技術的優勢能在水利工程測繪工作中得以完美體現和發揮，使水利工程建設工作開展時，能獲得完整準確的測繪數據。以后，隨著科技的不斷發展和創新，航空攝影測量技術也會不斷發展，水利工程測繪工作水平因此會進一步提高，從而促進水利工程的建設不斷發展。