水利水電工程中無人機航測成圖的應用分析

楊坤

（黔西南州水利電力勘測設計院，貴州 黔西南 562400）

0 引言

無人機航測技術是現代信息化高速發展的產物，集成了多項高新技術，具有快速性、機動性和靈活性等優勢，在當前水利水電工程建設中有著十分廣泛的應用。無人機搭載著高分辨率的攝像機，同時還可以搭載不同類型的傳感器，可以獲得實時、準確且高質量的測繪數據，為水利水電工程測繪工作提供了真實可靠的數據信息，全面保證了設計方案和施工方案的科學性、實用性和經濟性。

1 無人機航測外業流程

無人機為攝影注入了新的活力，開拓了新的視角。通過在無人機上安裝小型攝像機，徹底突破了傳統拍攝的局限性。在無人機航測技術的支撐下，完全打破了傳統拍攝工作中的障礙，輕松實現了跨越地理空間、人為屏障等局限，不僅提高了攝影效率，而且降低了工作人員的危險系數。無人機航測技術有著獨特的視角，可以排梳很多垂直正射鏡頭，在拍攝過程中，還可以自主躲避障礙，且支持自動跟隨，大大降低了飛行拍攝的難度，安全性和精準度得以顯著提升。更重要的是，拍攝成本低廉。在開展水利水電工程測繪工作時，想要充分發揮無人機航測技術的應用優勢，離不開良好拍攝環境的支撐，因而有必要做好全面的準備工作，包括拍攝時間的制定、選擇合理飛行路線、明確拍攝位置等內容，以確保無人機航測作業高質量、高效率開展。

相較于傳統測量方式，無人機航測技術具有顯著優勢，尤其在控點布設方面，可以全面解決人工誤差問題。無人機航測外業流程具體為[1]：①根據測量工作的實際要求，明確比例尺的規格。②合理應用Google Earth 軟件，該軟件的作用在于可以快速準確的鎖定具體測量位置。在此基礎上，對各個控制點位置進行合理布設。③在設置布控點配置時，為了保證測量工作質量符合實際要求，應對測量環境的地理條件進行綜合全面的分析，從而選擇適合的測量方法，以獲得理想的測量目標。現階段，常用的測量方法有導線測量、RIK 測量、空中三角測量、GPS 靜態測量，具體測量方法應根據實際情況而定，以保證測量數據的可靠性及科學性。④在設計飛行路線時，為了保證飛行航線的合理性及科學性，需要綜合考慮多種影響因素，如飛行路程、航向重疊度、飛行高度等。在具體測量工作中，技術人員應根據實際測量環境，合理調節無人機攝像頭的焦距。同時，通過科學檢驗以及精密計算，合理設置相關參數，確保將無人機航測成圖的精準度控制在預期范圍內。

2 無人機航測內業處理

2.1 數據采集

無人機內部設置存儲卡，可以將測量到的信息數據進行自動保存，然而這些原始數據不可以直接應用，需要經過加工處理后方可使用。因為在整個航測過程中，無人機收集到許多無關緊要的信息數據，需要將沒有利用價值的信息數據刪除，才能得到具有針對性的重要信息數據，如偏旋角度、航向傾角等，從而為水利水電工程測量工作提供既可靠又科學的數據支持。因此，當無人機航測工作結束之后，技術人員應及時導出儲存在內存卡中的信息數據，利用專業的處理軟件，對航拍位置和影像等重要信息進行處理。然后通過整理和對比收集到的影像數據信息，便可以呈現出清晰具體的地理圖像縮略圖，為設計人員提供科學依據。

2.2 解算數據

通常情況下，解算收集到的航測數據，總共分為4個步驟，即新建項目、添加控制點、處理數據和導出數據。具體來說，利用DAT Matrix 軟件，導入航測圖像數據，在相應位置建立坐標，確保無人機航測收集到的數據圖像與POS 數據高度匹配[2]。之后利用計算技術，對這些匹配數據進行深層次優化。不僅如此，為了對空中區域位置進行有效標記，還需要將具體文件以及布局數據導入控制點編輯器中。另外，利用局部處理系統，根據實際標準，合理調整圖像控制點的具體位置，通過對局部信息進行有效處理，便可以獲得高精度的圖像控制點數據。

2.3 其他數據計算方法

單歷元計算法是一種全新的數據解決方法，為無人機航測技術的應用拓展了新思路。該計算方法的實施主要分為5 個步驟：①通過靈活運用現有技術手段，使GPS 點與實際坐標位置更加貼近，同時最大限度減少坐標點定位的誤差（上下浮動必須在2m 以內）。②合理選擇衛星星座，通常選擇幾何形狀最好、PODP 值最小的衛星。另外，使用雙差分方程來計算衛星的具體坐標。③為了組建一個科學合理的模糊搜索空間，獲得衛星具體的坐標位置之后，需要對所有模糊函數值進行計算，然后合理選擇計算結果。④模糊搜索空間建立完成之后，采用最小二乘估計法和雙差分方程計算殘差平方和。⑤使用F 檢驗，明確最終的數據模糊度。

3 立體測圖和DEM、DOM 的生成研究

3.1 立體測圖的研究

在立體測圖方面，主要是運用了全數字攝影測量工作站。該工作站主要負責業內數據信息的采集，通過合理運用加密材料，實現測區數據的恢復。與此同時，在自動相對定向的作用下，各模型會重現定向以形成核線。這樣一來，可以將無人機航測采集到的信息數據以成圖模型呈現，且各模型都存放在單獨的文件中，通過相應程序將其轉換為CASS 形式的數據。

3.2 DEM 與DOM 生成

通過調整色彩和糾正影像等步驟，便可以生成DOM。通過EPT 模塊，合理運用已經完成的參考影像，并對影像色彩進行適當調整。與此同時，裁切圖幅以及影像的鑲嵌等作業，能夠實現一次性全自動完成。

4 無人機航測在水利水電工程中的具體應用

4.1 在工程測繪中的應用

傳統航空測量技術靈活性不強，很容易受復雜氣候的影響，導致圖像清晰度不盡人意。衛星遙感技術時效性不高，在測量過程中容易受到諸多因素限制，為了獲得更加準確的測量結果，需要反復監測和測量，難以滿足現代水利水電工程多元化的測繪需求[3]。與傳統航空測量技術相比，無人機航測成圖技術的應用優勢十分顯著。通過將荷載數據遙感設備安裝在無人機上，便可以實現對測量目標的全面觀測，根據實際要求，對收集到的數據進行合理處理，從而獲得高分辨率的圖像，為相關設計工作提供了巨大便捷。值得注意的是，為了更好地滿足水利水電工程測量需求，技術人員有必要對遙感數據處理系統進行檢校和測試。無人機航測技術可以為工作人員提供不同時段的合成監測圖像，為工程現場水域變化情況的判斷提供依據。同時，還可以根據采集到的數據，對水流速度和水流方向進行計算，為后續設計工作的開展提供可靠的數據支持。

4.2 在水域環境檢測中的應用

在水利水電工程實施過程中，為了確保工程質量符合實際使用標準，需要對整個管理過程中進行動態監測，尤其是施工現場的水域環境，通過實時化監測，為水利水電工程管理工作提供真實、可靠的數據依據[4]。無人機航測技術可以對測量目標進行準確定位，并對測量目標進行實時監測，以便對工程范圍內的水域變化情況進行實時掌握。與此同時，通過對基礎數據進行科學整理和處理，從而對其中有價值的數據進行有針對性的提取，確保水利水電工程管理規范性、科學性及合理性開展。

4.3 在水土保持中的應用

避免水土流失是水利水電工程建設過程中的重點關注內容，尤其是高原地區，地質情況復雜不說，水流流失速度非常快，加之工程規模比較大，如何有效避免水土流失是個重要課題。無人機航測成圖技術可以對土壤侵蝕情況進行全面調研，之后利用GIS 技術對工程范圍內土壤侵蝕量進行準確計算，從而形成清晰且全面的圖像，便于技術人員及時、準確地了解水土流失情況，在此基礎上，制定科學可行的措施，最大限度減少水土流失。

4.4 利用航攝成圖技術

航攝成圖技術主要用來外業像控點布設的測量。測量之前，要明確實際布標，測量之后，根據測量結果對地物點進行合理布設，接下來，對平面控制點、高程控制點和平高點進行測量和布設。在實際應用中，測量人員需要將航線首尾端的控制點布設在方向線垂直直線。根據測量區域的實際情況，對無人機航線進行合理選擇，以保證測量數據的準確性，最大限度減少測量誤差[5]。為了保證無人機航測成像效果，拍攝時間最好選擇在云霧少和無揚塵的時間段，當然，還需要綜合考慮地表植物對成像效果的影響。條件允許的情況下，測量人員應充分利用季節因素，對拍攝時間進行合理控制，從而更好的滿足水利水電工程測繪需求。

5 無人機航測成圖技術應用注意事項

無人機航測成圖技術的應用優勢十分顯著，但不可否認，該項技術仍舊存在一些應用缺陷。受體積和荷載量的限制，目前難以在無人機上搭載云臺，故而POS記錄的數據通常為飛機姿態而非相機姿態，圖像質量的穩定性和可靠性比較差。換句話來說，無人機航測成圖技術在實際使用過程中很容易受外界環境因素的影響。為了保證圖像質量，需要合理選擇拍攝時間，確保在晴朗、無風、能見度良好的情況下開展拍攝作業。同時還需要根據測繪要求及具體地形條件，計算好行高，并制定科學完善的航拍實施方案。

空中三角測量精度完全取決于像控點的測量精度和布設，為了能夠快速準確的評判像控點目標，航拍測量前，需要做實地標志，均勻布設在各個測區內，以白色十字為主。這種測量方式不僅需要耗費大量時間，而且無形中增大了成本。通過與像片刺點結合使用，既能夠保證精準度，又有助于節省成本。像控點平面坐標和高程施測方法均采用了傳統測量方法，即GPS 網、全站儀導線等方法，標記好每個像控點。在實際操作中，很多測量人員由于未能透徹理解刺點要求，只是根據平時點繪制草圖，以至航拍是無法明確部分點的準確位置。因此，為了保證測量質量和效率，測量人員必須具備豐富的測量經驗和精湛的專業技術，方能精確地刺點并詳細描述其準確位置。

已知點的選取是空中三角測量中的重難點，所有滿足精度的像控點都可作為選取對象[6]。基于該項作業的復雜性，為了獲取理想的解算結果，需要反復測量。在解譯工作中需要重點注意以下問題：①立體建模。在建模時，如果影像重疊度過大，則需要進行抽稀處理。因為兩張成像圖片的像主點間的正方形內精度最高，一旦影像重疊度超出規定范圍，那么兩張圖像主點之間距離會相應縮短，為了滿足圖像精度要求，會頻繁出現模型切換現象，導致工作效率大大折扣。②地貌測繪中高程點的點位選取。高程點通常會布設在明顯地形點和地物點上，山頭盡量選擇最高處，鞍部點選在最低處，同時還要盡量避開存在矛盾的地物點，如比較突出的石頭等。在進行等高線繪制時，應先繪制曲線，之后繪制首曲線。如果地形比較復雜的話，則先繪制山脊線、山谷線，目的是避免山行曲線發生扭偏。③受外界環境及軟硬件的影響，最后生成的線劃圖精度仍舊無法滿足相關淹沒調查的要求，為了保證測量工作的有效性，需要在淹沒線附近利用傳統測量法進行配合補充測量。④外業調繪。由于內業成圖存在一定的局限先，受其影響，需要進行外業補測和調繪。與建筑工程相比，水利水電工程建設具有一定的復雜性和特殊性，其外業調繪工作涉及方面比較多，包括管線、垣柵的調繪，地理名稱的調查和注記，內業不能確定的植被類別、范圍等調繪以及單獨居民地的層數、結構的調繪。在這種情況下，要想順利進入并開展下一道工序，則需要保證外業調繪的成果。

6 結語

綜上所述，水利水電工程常常會面臨地形地貌非常復雜的環境，傳統測量模式存在很大局限性，難以滿足當前多元化的發展需求，與之相比，不論是在經濟效益方面還是在工作效率方面，無人機飛機測量方式的應用優勢更加明顯，為水利水電工程建設創造了新局面。無人機具有全時性、實效性等特點，可以為水利水電工程提供實時化信息數據，在工程測量工作中發揮著至關重要的作用。由于無人機容易受外界環境的影響，想要獲得高品質圖像，需要不斷升級無人機性能，提高數據采集的精準度，為水利水電工程建設發展做出更多貢獻。