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摘要：针对传统水利工程测量存在作业成本高、效率低下等不足，文章探讨了无人机航测技术应用于水利工程测量的整体作业流程。结合应用实例，进一步介绍了利用该技术进行数据获取及成图的详细过程，同时对测量精度进行了验证。研究结果表明：无人机航测技术相比传统测量手段具有高效快捷、快速成图等优势，为水利工程测量提供了崭新的数据获取方式，值得进一步推广应用。

关键词：无人机航测技术；水利工程测量；DLG；DOM

1 引言

近年来，国民经济高速发展，各地政府不断加大对水利工程的投资，测绘作为水利工程的首要工作，在水利工程的勘测、设计、施工以及运行阶段发挥着至关重要的作用。传统的水利工程测绘是利用全站仪、GPS-RTK等常规仪器人工进行全野外测图，这些作业方式需要耗费大量的时间、人力和物力，在效率和成本方面已无法满足当今时代的要求。随着科技的发展，无人机携带航摄系统进行水利工程测绘的成功案例越来越多，在带状和小范围水利工程中，无人机航测技术具有机动灵活、不需要空域申请、使用成本低、数据现势性强等特点，不仅能大幅减少外业工作量，而且对于提高生产效率以及降低水利工程成本方面发挥出了独特的优势。本文从介绍无人机航测技术的原理出发，结合应用实例，对其在水利工程中应用的一些关键技术进行了探讨，为无人机航测技术在水利工程中的推广应用提供借鉴。

2 无人机航测技术概述

2.1无人机航测技术

低空无人机航摄系统通常由飞行平台、影像获取设备（数码相机）、控制与导航系统、地面站、后勤保障系统、后期影像处理系统六部分组成（如图1所示）。飞行平台有固定翼和旋翼无人机两种，由于当前旋翼机悬停时间短、航程短、载重小的不足，当前主要使用固定翼无人机进行大比例尺航测作业。影像获取设备通常是非量测的高分辨率数码相机。控制与导航系统包括飞行控制系统、GPS、IMU（惯导）等传感器部件，这些设备的主要作用是控制飞行器响应地面站的指令，按照预定的航线和姿态航行，记录相关的位置和姿态数据，并在极端的情况下保证无人机的失效保护。

2.2无人机航测技术优势

相比传统测绘，无人机航测技术具有以下优势：

（1）快速反应

无人机航测通常低空飞行，空域申请便利，受气候条件影响较小。对起降场地的要求限制较小，可通过一段较为平整的路面实现起降，在获取航拍影像时不用考虑飞行员的飞行安全，对获取数据时的地理空域以及气象条件要求较低，能够解决人工探测无法达到的地区监测功能。升空准备时间15分钟即可、操作简单、运输便利。车载系统可迅速到达作业区附近设站，根据任务要求每天可获取数十至两百平方公里的航测结果。

（2）时效性性价比

传统高分辨率卫星遥感数据一般会面临两个问题，第一是存档数据时效性差；第二是编程拍摄可以得到最新的影像，但一般时间较长，同样时效性相对也不高。无人机航拍则可以很好地解决这一难题，工作组可随时出发，随时拍摄，相比卫星和有人机测绘，可做到短时间内快速完成，及时提供用户所需成果，且价格具有相当的优势。相比人工测绘，无人机每天至少几十平方公里的作业效率必将成为今后小范围测绘的发展趋势。

（3）受限制小

我们国家面积辽阔，地形和气候复杂，很多区域常年受积雪、云层等因素影响，导致卫星遥感数据的采集受一定限制。传统的大飞机航飞国家有规定和限制，如航高大于5000m，这样就不可避免的存在云层的影响，妨碍成图质量。另外还有一定的危险，在边境地区也存在边防的问题。而无人小飞机就很好的解决了这些问题，不受航高限制，成像质量、精度都远远高于大飞机航拍。

（4）地表数据快速获取和建模能力

系统携带的数码相机、数字彩色航摄相机等设备可快速获取地表信息，获取超高分辨率数字影像和高精度定位数据，生成DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据，便于进行各类环境下应用系统的开发和应用。

3 应用实例

3.1项目概况

受水务局委托，我公司承担了某河道1：2000带状地形的数字化测图任务，该测区长度约8.7km，补测及修测平均宽度500m，面积约4.5km2。河道两侧树木密集，河道内芦苇、杂草较多，外围分别为多处民房、养殖场，通视条件一般，考虑使用常规测量方法较为困难，为了不影响工期，我公司尝试使用无人机航测技术完成本次任务。

3.2飞行设计和航空摄影

本次作业采用大疆M300搭载禅思P1单镜头相机进行高分辨率数码倾斜影像的获取，大疆M300主打“高精度成图”，是一款多旋翼高精度无人机航测采集系统，该无人机搭载4500万全画幅单镜头相机，具有操作模式灵活、飞行性能稳定、续航能力持久等优势，为高效获取高质量倾斜摄影数据提供了可能。本次航飞参数设置如下：同一航线上最大与最小航高的高差应小于30m，航向重叠为70%，旁向重叠为40%，倾斜像头的前后倾角小于40º，左右倾角小于35º。选择良好的天气进行外业航飞，共获取到多张符合规范要求的地面倾斜影像。

3.3像片控制测量

测区平高像控点采用区域网布设方案，本测区共敷设3条航线，测区范围共计布设像控点28个，像控点采用小木桩标志，像控点联测采用GPS-RTK测量。在实践测量中，还需注重以下三项问题，以增加无人机航摄精准度。

（1）关于像控点布置，多以河道区域无明显遮挡物体部位为主。若河道建设规模庞大，此时还应以“Z路线”作为航摄轨迹。

（2）无人机在像控点布设中，还需要优选固定点，对于随时变换的区域，不宜选作像控点。

（3）无人机航摄应加强对像控点密度的合理控制。若河道所在地的地形复杂，可在原定像控点数量之上增加20%。另外，还可参照无人机航摄技术中摄像机的分辨率确定密度。如分辨率为1.5cm，可每隔100m设置1个像控点；如分辨率为2cm，则每隔200m布设1个像控点。只有搭配科学的布设方案，才能发挥出无人机航摄技术真正效用。

3.4空中三角测量

空三加密指的是利用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素，是摄影测量中非常关键的一步。相对于传统航测空中三角测量而言，无人机空三的难点主要表现在像幅小、数据量大，使空三工作量倍增；由于飞行姿态不稳定，所获取的影像旋偏角有可能过大，导致影像匹配以及连接点提取失败；由于逆风、顺风及侧风的影响，导致相邻航带间影像旋偏角过大以及上下影像对应关系不一致，需要人工调整对应，否则可能导致自由网平差无法通过，无法实现影像快拼，影响工程进度。空三加密计算采用武大SVS无人机处理软件，该软件自动化程度高，处理过程只需准备原始影像、POS数据、相机参数文件、控制点文件等。由于航线是T形，为了处理方便，将东西两条航线作为构架航线；然后，利用POS数据自动创建航带、自动匹配提取连接点、自动挑粗差点，同时，检查测区内连接点是否分布均匀，手动增加一些连接点，保证模型及航线间有足够的连接强度，加点时，为避免像片边缘变形大，应尽量离开影像边缘。

3.5数据采集

数字产品制作采用MapMatrix全数字摄影测量系统，MapMatrix是由国内专业航测软件公司潜心研发的新型数字摄影测量平台，本次数字产品制作主要包括立体模型的建立、DLG和DOM的制作。

（1）立体模型的建立

立体模型的建立主要是利用空三加密的成果，采用批处理的方式在MapMatrix全数字摄影测量工作站上完成。

（2）制作数字线划图（DLG）

立体模型建立以后，在MapMatrix数字摄影测量工作站上通过跟踪矢量化立体模型的方式生成数字线划图（DLG），严格按照国标进行图层的分类和编码，利用MapMatrix内部格式进行室内判读测图，并喷出白纸版线划图，然后进行外业调绘，补测影像上缺失的地物地貌、进行屋檐改正、注记地理名称和补测高程点等，最后利用CASS7.0软件编辑、注记和整饰制成数字线划图。

（3）制作数字正射影像（DOM）

通过数字微分纠正的方法生成数字正射影像图（DOM），再通过正射影像的镶嵌完成正射影像的制作。

3.6外业调绘和补测

针对航测后期已经发生变化的或者地面被遮挡的地物，以及室内无法量测的隐蔽、模型变形地物，统一安排用RTK以及全站仪解析法进行补测，通过现场补测，精准绘制宗地范围，生成标准化图、属、表等内业成果。

3.7精度检测

本项目采用野外实测的方法对测制的DLG图进行精度检验，通过对房角、道路交叉处、田坎交叉处、道路结束处、山顶等地方的坐标数据进行采集，并与野外实测数据进行比较，地物点平面位置误差最大为3.6cm，最小误差1.3cm ，中误差为2.9cm；高程误差最大4.2cm，最小为1.4cm， 中误差为3.7cm，均符合《基础地理信息数字成果1：500 1：1000 1：2000数字线划图》（CH/9008.1-2010）的规定。

4 结束语

实践证明，无人机航测技术大大提高了水利测绘的工作效率，在精度上也完全达到了1：2000测图的要求，相比较于人工全野外测绘和传统载人大飞机航测具有无可比拟的优势，相信随着技术的进步，无人机在机载高精度POS系统的小型化和集成化、实时、无缝测图系统的应用、三维激光扫描仪与低空无人机遥感的结合、航程短、载重少、姿态不稳定等方面的缺点将会逐步得到解决，其应用领域将会进一步拓展，满足水利工程勘测的需要。在国家逐步开放低空的大背景下，加强低空无人机遥感、三维激光扫描仪等技术的研究应用，将会提高测绘产品的高附加值、减少外业工作量、降低勘测成本，增强企业竞争力等方面具有十分重要的现实意义。

参考文献：

[1]唐艳力，彭旺泉.航空摄影测量技术在水利工程测量中的应用[J].城市建设理论研究，2016（22）：142.