摘要：在航空测量技术飞速发展过程中，无人机航测技术在我国水利水电工程测量中也呈现出了较大的优势。因此，本文以无人机在水利水电工程测量中的应用为研究对象，结合某水利水电工程测量项目，对无人机在水利水电工程测量中的应用试验设计及结果进行了简单的分析，以期为无人机在水利水电工程测量中应用优势的充分发挥提供有效的借鉴。
关键词：无人机；水利水电；工程测量
前言：由于水利水电工程多位于山区等地形较复杂地区，整体工程测试难度较大，且存在多种不可预估的测试偏差风险因素。而在水利水电工程测试过程中合理利用无人机航测系统，不仅可以提高水利水电工程测试效率，而且可以获取地面实景三维模型，为水利水电工程设计施工提供充足的数据支持。因此，对无人机在水利水电工程测试中的应用进行适当分析具有非常重要的意义。
一、无人机在水利水电工程测量中的应用原理
无人机（UAV）又可称之为无人驾驶的飞机，主要是根据任务要求，对测量区域起降位置、重叠度、相机角度、飞行航线等进行规划。随后在航线规划系统中，将规划完毕的航线上传至遥感空中控制子系统。在子系统控制线，依据预设航线、拍摄方式，控制照相机进行拍摄。并将拍摄影像、POS数据自动储存在飞机储存器中[1]。
二、无人机在水利水电工程测量中的应用试验设计
1、项目概况
某水利水电工程为二线船闸工程改建三线船闸工程，拟建地质位于原二线船闸与二级坝输水渠间，测量范围东至二级坝一号节制闸西侧，西至周边主干道交汇处，北至二级坝沿巷道向上游2.6km，南至二级坝沿巷道向下游5.5km。测量区域范围内陆上空杨树、柳树等陆生植被分布较密集，二级坝上游湖区、下游湖区密布渔网及水生植被，测量难度为中等，人工测量难度较大。基于此，该工程测量拟采用某型号无人机航测系统，其飞行平台为手抛式，适宜飞行高度为59~800m，抗风能力平均风速及巡航速度分别为55.0km/h、65.0km/h，地面分辨率为1.8~20.0cm，最大续航时间为56.0min，适宜温度为-22.0℃~46.0℃，测量区域范围为12.1km2。
2、技术路线规划
首先，选择地形图测量比例尺为1/2000，高程系统及平面系统分别为1985国际高程基准及1980西安坐标系，中央子午线及分带分别为117°、3°，基本等高距为50cm。根据该水利水电工程测量区域、成图比例尺1/2000及形状要求，设置航向重叠度为70.0%~80.0%，航摄分辨率为12cm，旁向重叠度设置为75%。
其次，结合《1：500 1：1000 1：2000地形图航空摄影测量外业规范》GB/T6962-2008的相关要求，设置像片旋角、航线弯曲度、像片倾角分别≤6°、≤3%、≤2°。
最后，在本次无人机航测飞行计划设置时，设定本次飞行区域为9.56km2，利用该型号无人机航测系统桌面软件。结合飞行区域测量需求，依据最短路径原则，自动进行飞行数据计算机飞行区域分割。同时依据基站迁站次数减少、飞行效率提高原则，人工调整飞行计划。最终确定该水利水电工程测量区域高程最大数值为40.20m，最低为22.25m。基准为1985国家高程基准，地面采用距离容许差应在30.0%以下。测量区域飞行高度为390m，飞行架次为6，总时长为164min。
3、航测数据后处理要点
首先，由于该水利水电工程测量主要是在无人机飞行过程中采集相片的同时，进行RTK（载波相位差分技术）测量。每一张无人机采集相片位置信息均可具有RTK固定解精度。因此，为了促使无人机测量系统在空中完成传统地面控制，可以在数据匹配完毕之后，选择坐标系统，输入基准站控制点坐标。
其次，选择3D扫描软件Agisoft Photoscan，利用其自带多视图三维重建技术，导入具有一定重叠度的数码影像，自动对任意影像进行处理，获得高质量三维模型。随后对航拍数据进行处理获得DEM（数字高程模型）、DOM（文档对象模型）产品[2]。
整体图像处理流程为数据预处理、导入影像、导入POS数据（定位定姿系统）、数据定向点云提取、立体建模、添加地面控制点、赋予纹理、生成DEM及DOM文件。其中数据预处理、导入影像及导入POS数据主要为工程匹配过程，可在无人机航测系统桌面软件内完成。
三、无人机在水利水电工程测量中的应用试验结果分析
1、无人机在水利水电工程测量中应用效率分析
本次无人机航空测量在72小时内完成航空拍摄任务，96h内完成内业数据处理工作。每间隔24h（航空测量任务完成后）即可将其提交至内业系统，同步开展外业航拍、内业数据处理。而传统RTK测图方法，需要经过一个星期完成。再加上RTK测量阶段极易出现降雨、大风等气候异常情况，经常出现无法正确测量的情况。最终得出，本次利用无人机航测时间节约率为3d，时间节约率为42.86%，且其会随着工程项目测图范围的增大而增加。这主要是由于相较于传统测图方式而言，利用无人机航空测量技术，可以有效减轻外业工作量，外业工作人员仅需对无人机测量数据进行调绘，就可以完成整体测图工作。整体工作效率较高，且损耗时间较短[3]。
2、无人机在水利水电工程测量中应用精度分析
选取某一飞行架次的数据，在GPS信号正常时，开展精度分析。即在固定解状态下，通过现场RTK实测获得检核点。本次水利水电工程测量检验点为均匀分布态势，对每一检核点连续测量两次，最终得出地形图测量主要精度统计结果如下表：
表1 地形图测量主要精度统计结果（局部）
由于地形图测量主要精度点位中误差应≤±0.60，地物点间距中误差应≤±0.48，且相对于临近图根点高程中误差，高程注记点应小于1/2000比例尺地形图基本等高距的1/3。结合《1：500 1：1000 1：2000地形图航空摄影测量外业规范》GB/T6962-2008的相关要求可知，校核结果的平面中误差、高程中误差均与该水利水电工程测量精度要求相符。
总结：
综上所述，在我国经济高速发展进程中，对地形地物资料精度、速度提出了更高的要求，因此，为了充分满足水利水电工程设计施工要求，工程测量人员应采用高精度无人机代替卫星影像采集技术。充分发挥无人机遥感系统高分辨率、机动灵活优势，获取高精度图像，保证水利水电工程设计施工作业顺利开展。
参考文献：
[1]梁国.无人机在水利水电工程测量中的应用试验[J].珠江水运，2019，475（3）：49-50.
[2]李庆松.无人机航测成图在水利水电工程中的应用[J].水能经济，2017（9）：108-108.
[3]井然.无人机摄影测量技术像控点布设方案研究——应用于水利水电工程[J].东华理工大学学报：自然科学版，2019，42（01）：89-93.
论文作者:曾映东
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/4
标签：无人机论文; 测量论文; 水利水电工程论文; 高程论文; 地形图论文; 数据论文; 精度论文; 《基层建设》2019年第25期论文;