張緒朋，何明崗（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014）

無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在峽山水庫(kù)測(cè)量中的應(yīng)用

張緒朋，何明崗
（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014）

【摘要】介紹了無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)，通過(guò)在峽山水庫(kù)提高興利水位測(cè)量中的應(yīng)用，分析了平面、高程測(cè)量精度和測(cè)繪成果，為類似測(cè)量工作提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量；峽山水庫(kù)；精度分析

1　工程概況

峽山水庫(kù)位于山東半島東部，濰坊市峽山生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)中部，濰河中下游。流域地理位置介于東經(jīng)118°42′31″～119°42′49″、北緯35°38′53″～36°30′29″之間，控制流域面積4210km2。峽山水庫(kù)于1958-11動(dòng)工興建，1960-09建成蓄水，是一座以防洪、城市及工業(yè)供水、灌溉、發(fā)電等綜合功能的大（1）型水利樞紐工程。

根據(jù)山東省水利廳2013-06發(fā)布的《山東省水庫(kù)資料匯編大型水庫(kù)分冊(cè)》，峽山水庫(kù)死水位31.40m，興利水位37.40m，校核洪水位42.34m。總庫(kù)容14.05億m3，其中調(diào)洪庫(kù)容8.55億m3，興利庫(kù)容5.01億m3，死庫(kù)容0.49億m3。工程由主壩、副壩、溢洪道（閘）、放水洞、發(fā)電站等主要建筑物組成。

2010-11，峽山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程通過(guò)了省水利廳組織的竣工驗(yàn)收。根據(jù)《濰坊市峽山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程竣工驗(yàn)收鑒定書》，工程的主要任務(wù)是對(duì)水庫(kù)大壩、溢洪道、放水洞等工程進(jìn)行加固，達(dá)到1000年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、10000年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)收鑒定結(jié)論認(rèn)為除險(xiǎn)加固工程已按批復(fù)的設(shè)計(jì)內(nèi)容全部完成。解決了原有病險(xiǎn)問(wèn)題，工程質(zhì)量得到進(jìn)一步加強(qiáng)，防洪安全能力得到了較大提升。

除險(xiǎn)加固后的大中型水庫(kù)，恢復(fù)或者提高興利水位可以有效增加水庫(kù)興利庫(kù)容，提高供水能力。峽山水庫(kù)建庫(kù)已50余年，現(xiàn)有庫(kù)容曲線公布日期距今將近40年，由于多年來(lái)受自然與人為因素影響，庫(kù)區(qū)地形有所變化，為了更好地把握人類活動(dòng)和自然因素對(duì)庫(kù)區(qū)地形變化的影響，了解庫(kù)容曲線的變化情況，同時(shí)要充分挖掘水庫(kù)的雨洪資源利用潛力，提高興利水位，就必須獲取精度更高、現(xiàn)勢(shì)性更強(qiáng)的庫(kù)區(qū)地形資料。峽山水庫(kù)整個(gè)庫(kù)區(qū)面積約350km2，本次增容工程初步擬定提高興利水位的幅度為0.60m，即由現(xiàn)狀的37.40m提高至38.00m，可增加興利庫(kù)容7765萬(wàn)m3，年均增加可供水量1355萬(wàn)m3。根據(jù)工程需要，本項(xiàng)目需要繪制水庫(kù)庫(kù)區(qū)1∶2000比例尺平面圖并由此計(jì)算新的水庫(kù)水位～面積～庫(kù)容關(guān)系曲線。

2　無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介

根據(jù)上述測(cè)繪任務(wù)，目前大比例尺地形圖測(cè)繪的技術(shù)手段主要有三種：一是野外數(shù)字化測(cè)量；二是傳統(tǒng)載人飛機(jī)航空攝影測(cè)量；三是無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量。比較上述三種測(cè)量方式，其優(yōu)劣勢(shì)是：第一種野外數(shù)字化測(cè)量方式需要大量測(cè)繪作業(yè)人員，成本較高，且作業(yè)會(huì)受到地形、氣候等環(huán)境因素的影響，也無(wú)法獲得影像底圖，難以滿足工期與質(zhì)量要求。第二種傳統(tǒng)載人飛機(jī)航測(cè)法，在目前國(guó)內(nèi)空域管理的模式下，需要進(jìn)行空域申請(qǐng)，機(jī)場(chǎng)協(xié)調(diào)等系列工作，成本較大，工作繁瑣，同樣難以滿足工期的要求。第三種無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量方法較前面兩種方法具有成本低、操作方便、現(xiàn)勢(shì)性好、測(cè)繪精度高等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)人機(jī)也存在自身的缺點(diǎn)，體積較小，飛行高度較低，飛行姿態(tài)不夠穩(wěn)定，機(jī)載焦距較小，像幅較小，后期影像拼接工作量大、空三加密處理復(fù)雜。經(jīng)過(guò)方案比選，本項(xiàng)目決定采用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量方式完成整個(gè)測(cè)區(qū)的1∶2000地形圖測(cè)量任務(wù)。

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是：

1）操作簡(jiǎn)單。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量適用于低空飛行，空域申請(qǐng)簡(jiǎn)單易辦，受天氣影響較小，能有效地減少人機(jī)航測(cè)中因云層遮擋等影響而留下的漏洞區(qū)域。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量無(wú)需起降機(jī)場(chǎng)，對(duì)遠(yuǎn)離城市的大面積水利測(cè)量尤為合適。

2）成本低廉。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量飛行時(shí)間短，參與飛行的人員很少，降低了項(xiàng)目成本。

3）機(jī)動(dòng)靈活。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量可以根據(jù)天氣情況，快速靈活的進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)。

4）安全性能高。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量相對(duì)于載人航空攝影測(cè)量而言，可以在惡劣的氣候條件和復(fù)雜環(huán)境中完成任務(wù)，降低危險(xiǎn)性。

5）效率高。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量不受地形影響，可以進(jìn)入各種復(fù)雜地域拍攝，無(wú)論是林地、高原、盆地還是水域等，都能實(shí)施作業(yè)，獲取較為全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，高效率的完成作業(yè)。

6）準(zhǔn)確度高。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量是集數(shù)字通訊、攝像、全球?qū)Ш叫l(wèi)星等先進(jìn)技術(shù)于一體，各種設(shè)備技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)整體集成技術(shù)相對(duì)成熟，可獲得超高分辨率的數(shù)字影像和定位數(shù)據(jù)。

3　項(xiàng)目應(yīng)用

本項(xiàng)目所采用的無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)由飛行平臺(tái)、數(shù)碼傳感器、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及配套軟件組成。該系統(tǒng)先后完成航攝項(xiàng)目20余個(gè)，作業(yè)面積3000余km2，獲取0.05～0.5m影像40000余張，為國(guó)土、交通、建設(shè)、規(guī)劃、電力、水利等部門及時(shí)提供了測(cè)繪應(yīng)急保障服務(wù)。

2013-10完成了峽山水庫(kù)提高興利水位測(cè)量工程的1∶2000地形圖測(cè)量航拍，航攝比例尺1∶30625，地面分辨率0.15m，飛行高度720m，飛行時(shí)間約480min，測(cè)區(qū)總共劃分四個(gè)區(qū)域，飛行四個(gè)架次，作業(yè)面積約350km2，共獲取影像3038張。拍攝的無(wú)人機(jī)低空攝影照片，現(xiàn)勢(shì)性較好，航攝資料已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)收。

4　精度分析

考慮到航空攝影測(cè)量在高程精度方面的劣勢(shì)，根據(jù)項(xiàng)目需要，為提高整個(gè)水庫(kù)測(cè)區(qū)DEM高程精度，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在主要道路、堤壩等特征建筑物采集了部分特征點(diǎn)，作為加密DEM需要。最后根據(jù)無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量成果，制作了格網(wǎng)間距為2.0m×2.0m的高精度DEM以及平面比例尺為1∶2000的DLG。為了驗(yàn)證無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的平面、高程精度，作業(yè)人員采集了大量的全野外碎部點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，與無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量成果進(jìn)行了比較。

根據(jù)野外檢查成果，按照中誤差統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算，峽山水庫(kù)提高興利水位測(cè)量工程無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量地面點(diǎn)平面位置中誤差為：0.28m，高程中誤差為：±0.29m，均滿足《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》1∶2000航測(cè)成圖精度要求。而且加入外業(yè)實(shí)測(cè)高程點(diǎn)后，數(shù)字高程模型精度有一個(gè)較大提高，為峽山水庫(kù)水位～面積～庫(kù)容關(guān)系曲線計(jì)算打下了良好的基礎(chǔ)。

5　結(jié)語(yǔ)

峽山水庫(kù)提高興利水位測(cè)量工程項(xiàng)目要求時(shí)間緊，任務(wù)重，作業(yè)范圍大，采用常規(guī)測(cè)量方式難以如期完成任務(wù)。采用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量作業(yè)方式，極大的提高了作業(yè)效率，縮短了作業(yè)工期，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了圖件的現(xiàn)勢(shì)性，及時(shí)提供了滿足規(guī)程規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的1∶2000庫(kù)區(qū)平面圖，得到了設(shè)計(jì)部門的好評(píng)，同時(shí)該作業(yè)方式的嘗試也為后續(xù)的工程提供了借鑒，積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]SL197-2013，水利水電工程測(cè)量規(guī)范[S].

[2]史文飛.無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在電力工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].企業(yè)研究，2014（02）:183.

[3]李兵.無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的探索與應(yīng)用研究[J].北京測(cè)繪，2008（1）:1-3.

[4]劉欣陽(yáng)等.無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)在大比例尺地形圖中的應(yīng)用[J].科技傳播，2014（3）.

[5]羅先權(quán)等.無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在大比例尺成圖中的應(yīng)用，2013,11（3）:23-25.

（責(zé)任編輯張玉燕）

【中圖分類號(hào)】P231

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-06-0011-02

收稿日期：2015-01-10

作者簡(jiǎn)介：張緒朋（1973—），男，高級(jí)工程師