关键词：航空摄影测量；水利工程；地形；测绘
引言
随着我国经济与社会的全面化发展，国家投入更大的精力来进行水利基础设施的建设，中小型抗旱规划建设项目越来越多，极大地促进了水利工程事业的发展。水利工程项目的建设最为主要的一项工作就是项目测量，尤其是坝址、水库淹没范围、征地移民等方面的测量，如何才能更好地提升测量精度与效率、降低成本是亟待解决的问题。
1航空摄影测量及传统测量技术简述
1.1航空摄影测量简述
航空摄影测量指的是在飞机上用航摄仪器对地面连续摄取像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤，绘制出地形图的作业。其中，无人机航空测量技术被广泛应用于水利工程地形测绘中来。
1.2传统测量技术简述
传统的测量技术是一种“以人为主，设备为辅”的技术，其不足之处主要体现在以下几个方面：1）使用时，往往会受到人力、设备相关因素的影响；2）获取相关数据的周期时间长；3）数据的误差大；4）外界因素可能会影响测绘；5）测绘成本相对较高；6）费时费力。
2无人机航空摄影测量技术优势
科技飞速发展的时代，无人机航空摄影测量技术在水利工程地形测绘方面得以广泛应用，其主要优势体现在以下几个方面：
2.1测量数据准确性高、周期短
和传统测量技术相比，无人机航空摄影测量技术不需要过多的户外作业环节（每个工作环节都可能存在一定的误差），能够非常准确地测量建筑物，大大地提升了数据的准确性。除此以外，无人机航空测量对起升场地以及天气条件要求并不是特别严格，进而在很大程度上提升了工作的效率，缩短了获取数据的周期，可以在有限的时间内迅速的完成工作，并且为客户提供所需要的有效数据。
2.2成本低、操作方便
从成本方面对比，无人机的测量价格相对不高，比较节省成本。此外，无人机更容易操作，十五分钟左右即可完成操作、非常便捷。
2.3可视性好、分辨率高
据了解，矩形阵面CCD数码相机是无人机航空摄影测量系统搭载的主要遥感传感器，其飞行高度低，获取到的遥感影像具有更高的分辨率，且可视性好。
3影响无人机航空摄影测量数据准确性的因素
3.1“外在因素”影响数据准确性
“密度差异”“影像反差”“阳光部分与阴影部分照度间的差异”是影响无人机航空摄影测量数据准确性的重要外在因素。倘若影像上地物之间缺少了密度差异，地物间的影像反差将不存在，人们将没有办法从影像上分辨出来地物，所以说，“密度差异”与“影像反差”有着紧密的关联。除此以外，地物自身的因素、阳光部分与阴影部分照度间的差异也是制约影像素反差的三个重要因素。所以说，天气的好坏，也会对无人机航空测量数据的准确性有着非常直接的影响。
3.2“像控点的测量及布设”影响数据的准确性
测量数据的准确性与像控点的布设有着紧密的联系，为了达到数据精度的要求，像控点的设置需要满足以下的条件：1）依靠地形具体情况，安排相应的像控点；遇到起伏变化较大的地形，应该合理地增加像控点的密度。2）像控点合适位置在整个测区，而不是影像的边缘其主要原因是影像边缘质量比较差，镜头畸变和大气折光等外在因素很容易影响到像控点，进而给判读和刺点带来一定的难度。
3.3“刺点精度”影响数据的准确性
山区、河滩、地貌较为破碎以及居民地稀少地区是水利工程测量的常选区域，美中不足的是：这些区域很难找到比较明显的标志性地物，影像刺点工作不好开展，测量数据精度势必会受到一定的制约。
3.4“仪器测量误差”影响数据的准确性
无人机航空摄影测量依靠航空摄影仪器对地面进行拍摄，结合摄影测量学的原理、地面控制点等，获取到行业所需要的地形图。但是，因受到体积和载重量的影响，无人机搭载的是矩形阵面CCD的小型数码相机，并不是常规的航摄仪。对于小型数码相机而言，像片重叠度与基线恰好成反比关系，比如说：在立体模型下，像片重叠度越大，基线就会越短，基高比就会越小，同名地物交会角较小，立体观测的效果得以降低，势必会直接影响测量数据的准确性。除此以外，由于无人机体积不大，重量轻，在执行测量任务时，风力、风向等自然因素也会干扰到无人机的航线，使得拍摄的影像清晰度降低，进而影响都准确性。
4项目应用实践
4.1工程概况
**水库位于县城北部河流上游，距离县城约20km，测区为山区，是一座防洪、供水综合利用的大(Ⅱ)型水利枢纽工程，是当地非常重要的灌溉、供水基础设施，属于重点水利工程项目。
受**市水务局委托，我院承接了《**水库库容曲线修测和水库特征值》项目。
为满足水库大坝安全鉴定及水库库容曲线修测和水库特征值修正设计，摸清水库的现状淤积情况，并对未来淤积趋势做出科学预测提供基础测量资料，需要进行1:2000地形图测量。
4.2外业测量
水库陆域地形测量采用无人机低空数字摄影测量与摄影测量工作站的作业模式，外业调绘与室内测图相结合。
（1）航摄，航摄仪应用的是飞马机器人F200无人固定翼搭载索尼RX1R II相机采集测区影像数据。
无人机飞行平台及传感器（相机）技术参数如下：
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地面分辨率的选择：为满足航摄成图的要求，综合考虑无人机升限及空域本项目选择优于10cm的地面分辨率。
航摄分区的划分：综合考虑像片的重叠度和无人机最大航程与航时本项目共划分了9个区块，每两个相邻区块间要进行接边。
航线敷设：航线的布设使用飞马无人机管家中智航线模块完成。本项目按照航向重叠度80%、旁向重叠度60%进行设计。
航摄时间的选择：水库为山区，为满足航空摄影对太阳高度角和阴影倍数的要求，选择在晴好天气上午9点后至下午16点前实施航摄。部分山势陡峭的区块在正午前后各1小时内摄影。
像片控制点布设：保证成图效果满足实际需求是非常重要的一项技术标准，在实践过程中，针对测区旁边的位置都要按照实际的情况进行测点控制。在测量环节，必须按照测区的综合情况，至少布置20个控制点，同时还要将相应的高点布置出来。在本项目中，主要采用的是测量设置的方式进行的。像控点应该选择在线状地物较差位置、明显拐角位置及影像大于0.2mm点状地物中心，交角达到正常应用的需要。像控点的位置上高程变化比较大，刺点目标可以达到清晰度的要求。本项目所有像片控制点布设为平高点，以图根点精度施测，共施测了79个。
（2）航摄实施：航摄实施前的准备：起飞前需要在起降场周边提前布设好基准站，并收测基准站点坐标，为获得高精度资态数据提供起算数据。
基准站点的选择和观测严格按照以下要求作业：
1)点位选在易于安装GPS接收设备，视野开阔的位置上；点位目标显著，视场周围10°以上不应该有障碍物，以避免卫星信号的遮挡；远离大功率无线电发射源，远离高压输电线；远离大面积水域，避免多路径效应。
2)架设GPS接收机，严格对中整平，测量仪器高。从GPS天线的三个不同位置量测到地面点的距离。三次仪高互查不能超过3mm。保证作业过程中GPS设备供电不间断，采样频率设置为1Hz，卫星截止高度角15°。
3)地面基站GPS 须在启动机载设备前15分钟开机，关闭设备15分钟后关机。
4)根据无人机的起降方式，寻找并选取适合的起降场地。每次飞行前，仔细检查设备的状态是否正常。
5)无人机航摄时风力不大于4级，起飞前，根据地形、风向决定起飞方向，无人机迎风起飞。
6)当飞机在视距外飞行时，监控操作员密切监视无人机的飞行高度、电机转速、机载电源电压、飞行姿态等，出现异常时及时发送指令进行干预。
7)无人机完成预定任务返航时，工作组人员密切关注无人机飞行姿态，保证人员及无人机安全。
8)无人机降落后从机载设备中导出影像及其位置和姿态数据，并进行影像质量、数量检查，核实影像的位置和姿态数据与影像是否一一对应。
航拍过程中未发现影像资态数据与影像不对应的情况。
4.3内业测量
航测内业采用全数字航空摄影测量立体测图
1）空三构网及平差
资料准备
航摄资料：航摄资料主要包括数码影像、测区航摄略图（包括航摄分区划分、航线分布）、数码航摄仪鉴定报告、辅助航空摄影资料（导航IMU/GNSS数据）、其它相关资料。
软件资料：飞马无人机管家、航天远景空三软件HAT、平差软件PAT-B。
资料分析：查看和分析航摄资料的基本情况，主要包括航摄比例尺、航高、航线方向、重叠度、旋偏角、航摄分区范围、测区覆盖率、航摄仪参数等。
2）相对定向
由于飞马F200支持ppk-pos，先将机载GPS与地面基站数据导入飞马无人机管家中进行差分处理，得到差分数据，然后将带有精密pos的像片导入航天远景HAT中进行全自动提取特征点。
3）绝对定向
航天远景HAT支持立体模式下刺控制点，有效的提高了定向精度。首先，需要在工作区四周边至少添加三个ID控制点，最好是四个----分别为最大范围四个点），先平差解算，了解连接点的精度情况。 平差解算后，争议点列表里有争议点信息，按粗差值大到小的顺序排列。看每个争议点的综合max值，了解点位偏差情况，删除争议点。
平差解算结果是否符合要求，判断依据有以下四条：1、定向点参数符合规定要求；2、检查点残差符合规定要求；3、公共点残差符合规定要求；4、验后方差符合规定要求。
经各项精度统计，空三加密成果精度100%符合要求。
4）数据采集
数据采集主要是通过航摄照片中的信息与参照可用作为辅助，在Mapmatrix软件下，利用立体的影像来准确的判定地形要素信息。将空三成果导入MapMatrix工程进行DLG制作。MapMatrix工程导入空三成果后对个别定向精度较差的像对进行局部平差，使定向误差分布合理、大小相等、方向相反，力求达到最佳精度。
5）数据编辑
数据编辑采用CASS9.1成图软件编辑。各要素之间的关系处理恰当，各地物间的距离不应小于图上0.2mm；线状要素该实交处不得出现悬挂，面状要素要闭合；相邻图幅应严格接边，不仅要进行要素的几何位置接边，而且要进行要素的属性接边，保证相邻要素的层、色、线型等一致；等高线要正确反映地貌特征,图上每100cm2选10－20个高程注记点(注至厘米)高程点注记至0.01m；回放图时，按图面要求，注记与地物、地物与地物间不能压盖。
经检测，本项目1：2000地形图地物点平面位置中误差为±0.081m(小于限差±1.2m)。高程注记点高程中误差为±0.047m（小于限差±0.125m）满足规范各项技术要求。
结语
虽然我国的无人机航空摄影测量技术在高程精度方面还不能够百分百地达到行业的要求，随着数据处理新方法的不断更新、无人机软硬件的不断发展，无人机航空摄影测量技术在未来的道路上就会走得越来越远，高程精度偏低的问题一定会得到更好地解决。所以说，一旦该项技术全面应用于水利工程，一定是水利行业的一次重大变革。
参考文献
[1]张剑.航空摄影测量在水利工程地形测绘中的应用[J].环球人文地理,2017(16):46.
[2]段宁,程连芬,刘振等.航空摄影测量在水利工程地形测绘中的应用与分析[J].低碳地产,2016,2(9):420.
[3]方玉球.航空摄影测量技术在水利工程测量中的应用[J].治淮,2010(6):44-45.
论文作者: 李福强
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年3期
论文发表时间:2020/4/3
标签：无人机论文; 测量论文; 航空论文; 数据论文; 地物论文; 影像论文; 水利工程论文; 《工程管理前沿》2020年3期论文;