航空攝影測量技術(shù)在水利工程地形測繪中的運(yùn)用

摘""要：新時(shí)代背景下，無線通信技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，推動(dòng)了航空攝影測量逐步向自動(dòng)化、信息化方向發(fā)展。為保障水利工程地形測繪中航空攝影技術(shù)的有效應(yīng)用，對水利工程地形測繪中航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用方向展開了探討，從數(shù)據(jù)測量控制、精準(zhǔn)位移控制、地形變化監(jiān)測幾個(gè)方面闡述了航空攝影響測量技術(shù)的應(yīng)用方向，分析了水利工程地形測繪中航空攝影測量技術(shù)的精度要求及地形測繪的關(guān)鍵步驟，旨在保障同類地形測繪工程中航空攝影測量技術(shù)得到有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：航空攝影測量""水利工程""地形測繪""測繪工程

中圖分類號：TV5

Application"of"Aerial"Photogrammetry"Technology"in"Topographic"Surveying"of"Water"Conservancy"Engineering

WANG"Di

Cangzhou"Water"Resources"Survey，"Planning"and"Design"Institute"Co.，"Ltd.，"Cangzhou，"Hebei"Province，"061001"China

Abstract："Under"the"background"of"the"new"era，"the"continuous"innovation"and"development"of"wireless"communication"technology，"have"promoted"the"gradual"development"of"aerial"photogrammetry"towards"automation"and"informatization."In"order"to"ensure"the"effective"application"of"aerial"photography"technology"in"water"conservancy"engineering"topographic"surveying，"this"paper"explores"the"application"directions"of"aerial"photography"in"water"conservancy"engineering"topographic"surveying."It"expounds"the"application"direction"of"aerial"photogrammetry"technology"from"the"aspects"of"data"measurement"control，"precise"displacement"control，"and"topographic"change"monitoring，"and"analyzes"the"accuracy"requirements"and"key"steps"of"aerial"photogrammetry"technology"in"topographic"surveying"of"water"conservancy"projects，"aiming"to"ensure"the"effective"application"of"aerial"photography"technology"in"similar"topographic"surveying"projects.

Key"Words："Aerial"photogrammetry;"Water"conservancy"engineering;"Topographic"surveying;"Surveying"and"mapping"engineering

水利工程是兼具水資源調(diào)配與防汛防澇等多種功能的設(shè)施，對于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。受到工程規(guī)模、建設(shè)位置、水文條件等多方面因素的影響，水利工程地形測繪面臨較大難度，因而需要應(yīng)用專業(yè)化的技術(shù)手段保障水利工程測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)測繪技術(shù)存在精度不足、測量效率低等缺陷，而航空攝影測量技術(shù)是利用無人機(jī)搭載攝像裝置，在空中對水利工程進(jìn)行測量的新型地形測繪方法，此種測繪技術(shù)靈活性高，能有效節(jié)約測繪成本，可以提高測繪精度及效率，在水利工程地形測繪中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1"""水利工程中航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用方向

1.1""在數(shù)據(jù)測量控制方面的應(yīng)用

通常水利工程建設(shè)位置的地形條件相對復(fù)雜，周邊可能存在大量植被或山體，因而地形數(shù)據(jù)采集工作無法高效開展。傳統(tǒng)測繪模式下，水利工程地形測繪人員主要采用光學(xué)儀器實(shí)施測量，然而一些障礙物難以穿透，會(huì)導(dǎo)致測量中斷，需由工作人員記錄未測區(qū)域，然后再換用其他方法繼續(xù)施測，這會(huì)影響地形測量效率且無法保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。而運(yùn)用航空攝影測量技術(shù)后，可利用無人機(jī)搭載攝影裝置，通過低空飛行獲取存在障礙物區(qū)域的測量數(shù)據(jù)，測量時(shí)可以隨時(shí)變換角度、調(diào)整測量高度，可在測量后全面展示測量數(shù)據(jù)及路徑，可以保障地形測量的精準(zhǔn)度[1]。同時(shí)，由于航空影像測量時(shí)，可在地面中心實(shí)時(shí)觀測到測量進(jìn)程，因而可以結(jié)合實(shí)際需求及時(shí)調(diào)整測量的位置與方向，能夠降低測量誤差，保障測量數(shù)據(jù)的全面性。此外，測量時(shí)還可調(diào)整地形顯示比例，能夠有效提高水利工程地形測量效率。

1.2""在精準(zhǔn)位移控制方面的應(yīng)用

航空攝影測量技術(shù)是一種立足空間層面展開測量的方法，測量過程相對靈活，并且測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，可以從多個(gè)不同方位完成地形測量過程，從而得出準(zhǔn)確、完整的地形空間位移坐標(biāo)，進(jìn)而為地形測量人員直觀觀測、全面了解水利工程地形情況提供可靠支持[2]。例如：水利工程大壩建設(shè)時(shí)需要精準(zhǔn)確定堤壩位置，應(yīng)根據(jù)水流量大小、水流壓力情況，合理選擇水利工程的建設(shè)位置，以提高水利大壩的應(yīng)用壽命，防止出現(xiàn)潰堤或工程坍塌事故。運(yùn)用航空攝影測量技術(shù)，可運(yùn)用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，準(zhǔn)確計(jì)算水流量值、壓力值等相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而可為水利工程大壩建設(shè)位置科學(xué)確定提供保障，能實(shí)現(xiàn)水利工程精準(zhǔn)位移控制，進(jìn)而根據(jù)地形條件、結(jié)合應(yīng)用需求，修建出優(yōu)質(zhì)、安全的水利工程。

1.3""在地形變化監(jiān)測方面的應(yīng)用

水利工程地形測繪工作的開展目的是保障水利工程科學(xué)建設(shè)，防止地形因素影響導(dǎo)致工程質(zhì)量達(dá)不到工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在水利工程建設(shè)過程中，需要及時(shí)監(jiān)測地形情況，了解沉降、河流走向變化等因素導(dǎo)致的地形變化，進(jìn)而防止水利工程施工質(zhì)量受到影響。然而一些地形變化隱患依靠人的視覺無法直觀辨識出來。而利用航空攝影測量技術(shù)，可以在空中全面觀測地形變化，能夠發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對水利工程施工產(chǎn)生影響的因素，還可運(yùn)用全球定位系統(tǒng)，結(jié)合拍攝到的影像數(shù)據(jù)，直觀展示存在安全隱患的區(qū)域，以便及時(shí)中斷危險(xiǎn)區(qū)域施工，對隱患問題進(jìn)行分析論證與修復(fù)處理，在隱患排除后再繼續(xù)實(shí)施水利工程建設(shè)，從而降低地形因素對水利工程建設(shè)所產(chǎn)生的不利影響，打造出高標(biāo)準(zhǔn)、安全性的水利工程。

2""水利工程中航空攝影測量技術(shù)的具體運(yùn)用

2.1""地形測繪的精度要求

水利工程地形測繪時(shí)，要重點(diǎn)控制淹沒測量精度，以便合理設(shè)置水利工程的正常蓄水水位。為此，在水利工程地形測繪時(shí)，需要在淹沒測量環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)測定水利工程的高程，高程測量偏差不能超出10"cm。若水利工程不具備較大的坡度比，可適度放寬高程測量誤差，但高程誤差最大不能超出30"cm。若水利工程建設(shè)于丘陵、山地之上，高程測量的精度誤差不超出50"cm即可。同時(shí)，在水利工程庫區(qū)測量時(shí)，為保障測量的全面性，需要按照1∶2"000比例尺繪制地形圖，以便確保水利工程淹沒調(diào)查要求得到有效滿足。測量庫區(qū)地形圖時(shí)，需要結(jié)合運(yùn)用航空攝影技術(shù)及GPS-RTK技術(shù)，還要將目標(biāo)區(qū)域測量的精度誤差及高程誤差全部控制在20"cm以內(nèi)[3]。

2.2""地形測繪過程

2.2.1""合理設(shè)置像控點(diǎn)

水利工程地形測繪過程中，需要合理設(shè)置像控點(diǎn)作為航空攝影測量的實(shí)施基礎(chǔ)，布設(shè)點(diǎn)的選擇是否適合，會(huì)對航空攝影測量的質(zhì)量、效率產(chǎn)生決定性影響。在像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)，需要運(yùn)用區(qū)域網(wǎng)布設(shè)法，并應(yīng)充分考慮到水利工程的實(shí)際情況。例如河道地形測繪時(shí)，可將像控點(diǎn)設(shè)置在河道兩旁的公路上，也可以在測量區(qū)域內(nèi)選擇地勢相對平坦的區(qū)域設(shè)置像控點(diǎn)，并且需要按照地形測繪精度要求，確定像控點(diǎn)設(shè)置數(shù)量，從而得到清晰的地形影像圖，提取出準(zhǔn)確的地形測繪數(shù)據(jù)。

2.2.2""基準(zhǔn)站校準(zhǔn)

在水利工程地形測繪中，基準(zhǔn)站校準(zhǔn)是保障航空攝影測量精度及效率的關(guān)鍵，若是校準(zhǔn)質(zhì)量不佳，會(huì)影響后期數(shù)據(jù)處理效果。校準(zhǔn)基準(zhǔn)站時(shí)，共有兩種方法。一是采用靜態(tài)數(shù)據(jù)獲取法提取基準(zhǔn)站某點(diǎn)位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再于手簿中輸入航空攝影測量控制點(diǎn)的WGS-85坐標(biāo)。之后，利用流動(dòng)站采集控制點(diǎn)坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)換采集得到的數(shù)據(jù)，然后利用這些數(shù)據(jù)繪制地形圖。二是測繪水利工程特殊區(qū)域地形時(shí)，若無適合用于布設(shè)基準(zhǔn)站的控制點(diǎn)，可將基準(zhǔn)站建設(shè)于測繪目標(biāo)區(qū)域中相對平坦的位置，通過此方法創(chuàng)建虛擬基準(zhǔn)站，然后再設(shè)定點(diǎn)位采集地形數(shù)據(jù)[4]。

2.2.3""航空攝影

航空攝影測量實(shí)施時(shí)，需要先設(shè)置無人機(jī)航線網(wǎng)，要求遵循規(guī)范化、科學(xué)性的原則進(jìn)行設(shè)置，以降低測量周期，保障航空攝影測量的準(zhǔn)確度。航線末端上下兩個(gè)控制點(diǎn)要對應(yīng)設(shè)置，應(yīng)通過主點(diǎn)控制各個(gè)控制點(diǎn)的布設(shè)位置，確保上下控制點(diǎn)位于同一直線之上。根據(jù)水利工程地形測量要求，航線設(shè)計(jì)時(shí)要滿足重疊度要求，正常情況下，重疊度應(yīng)高于80%，且旁向重疊度也要控制在70%以上，并需選擇晴朗的天氣實(shí)施航空影像測量，以確保獲得到高清晰度的影像圖片[5]。

2.2.4""影像建模

利用amart3d建模法創(chuàng)建航空影像模型，以保證地形測繪清晰、直觀，達(dá)到水利工程地形測繪的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。建模時(shí)，先點(diǎn)擊新建工程按鍵開始創(chuàng)建工程，再依次輸入水利工程名、工程目錄，點(diǎn)擊確認(rèn)提交后跳轉(zhuǎn)到照片選項(xiàng)，點(diǎn)擊Add"photos按鍵，依次插入要處理的航空影像圖片，然后檢查所插入圖片是否正確。之后點(diǎn)擊Surveys按鈕，開始構(gòu)建影像模型。利用此方法構(gòu)建的影像模型屬于三維立體模式，可立體展示水利工程地形情況，進(jìn)而為水利工程設(shè)計(jì)、施工奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2.5""航空影像成圖

水利工程地形測繪時(shí)，數(shù)字化掃描時(shí)的航空影像比例尺選擇1∶20"000，得到數(shù)字化后的地形影像后，根據(jù)此影像的轉(zhuǎn)換掃描坐標(biāo)系及相片坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，自動(dòng)化完成室內(nèi)定向。工作人員需要確定控制點(diǎn)，再將之匹配到水利工程地形測繪圖中的相同點(diǎn)，之后按照圖1所示的流程實(shí)施空中三角測量，進(jìn)而完成水利工程地形測繪工作。在內(nèi)業(yè)處理中完成航空影像成圖，可以確保水利工程設(shè)計(jì)、施工及管理人員清晰、全面、直觀地了解地形地貌。

3""結(jié)語

水利工程地形測繪是水利工程建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是工程設(shè)計(jì)與施工的重要基礎(chǔ)，為保障水利工程建設(shè)的科學(xué)性與安全性，需要選用高效、優(yōu)質(zhì)的測繪技術(shù)測量水利工程的地形。航空攝影測量具有測量準(zhǔn)確、應(yīng)用靈活、操作便捷、實(shí)施高效等多重優(yōu)勢，可用此技術(shù)完成數(shù)據(jù)測量控制、精準(zhǔn)位移控制以及地形變化監(jiān)測任務(wù)，準(zhǔn)確測量水利工程地形數(shù)據(jù)，繪制出完整、可靠的地形圖。應(yīng)用航空攝影測量技術(shù)前，要明確水利工程地形測控要求，并要合理設(shè)置像控點(diǎn)、校準(zhǔn)基準(zhǔn)站，然后實(shí)施航空攝影，再構(gòu)建影像模型，利用獲取的航空影像完成內(nèi)業(yè)成圖，進(jìn)而得到全面、準(zhǔn)確的地形圖，保障水利工程設(shè)計(jì)與建設(shè)工作高質(zhì)量開展。

參考文獻(xiàn)

[1]張朝帥.航空攝影測量在水利工程地形測繪中的應(yīng)用與分析[J].科技與創(chuàng)新，2022（1）：145-147，151.

[2]黃永誠，李瑤，邱平武.航空攝影測量技術(shù)在水利地形圖測繪中的應(yīng)用[J].華北自然資源，2021（3）：70-71.

[3]關(guān)利杰.無人機(jī)系統(tǒng)在水利工程征遷實(shí)物調(diào)查中的技術(shù)應(yīng)用與分析[J].黑龍江水利科技，2024，52（6）：98-100.

[4]王科燃.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在水利工程移民實(shí)物調(diào)查中的應(yīng)用研究[D].鄭州：華北水利水電大學(xué)，2023.

[5]陳俊杰.耦合BIM的長距離輸水渠道無人機(jī)巡檢與險(xiǎn)情智能圖像識別研究[D].天津：天津大學(xué)，2022.