于 明，許 坤，張紅芳

（聊城市位山灌區(qū)管理處，山東 聊城 252000）

傳統(tǒng)測(cè)繪系統(tǒng)通常采用有人駕駛的飛機(jī)和衛(wèi)星采集獲取地理信息，具有速度慢、不及時(shí)、采集信息不全面等缺點(diǎn)。無人機(jī)常應(yīng)用于航空拍攝，具有機(jī)動(dòng)靈活、實(shí)時(shí)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪系統(tǒng)的缺點(diǎn)，因此將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域成為行內(nèi)研究熱點(diǎn)，這是測(cè)繪技術(shù)與航空平臺(tái)技術(shù)、信息技術(shù)的高度集成[1]。配備無人機(jī)的遙感測(cè)繪系統(tǒng)具有靈活、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、實(shí)時(shí)傳輸、適合高?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、影像分辨率高等特點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感測(cè)繪系統(tǒng)的重要補(bǔ)充[2]。其可快速獲取地理、資源、環(huán)境等空間遙感信息，完成遙感數(shù)據(jù)采集、處理和應(yīng)用分析[3]。位山灌區(qū)地形復(fù)雜，有東西輸沙渠、沉沙池、3條干渠等骨干工程，為了加強(qiáng)對(duì)骨干工程的監(jiān)督管理，采用配有無人機(jī)的低空遙感測(cè)繪系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)位山灌區(qū)的工程測(cè)繪、水利動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及洪澇災(zāi)害的監(jiān)測(cè)等。

1 配有無人機(jī)的遙感測(cè)繪系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

配有無人機(jī)的遙感測(cè)繪系統(tǒng)具有極高的測(cè)量精度，在測(cè)繪工作時(shí)可以實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量，并且可以保持?jǐn)?shù)據(jù)完整，提升測(cè)量工程的整體水平。

（1）響應(yīng)迅速。無人機(jī)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單快速，并且容易實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸功能，可以在短時(shí)間的操作下迅速到達(dá)既定的測(cè)繪目的地。另外，其可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)1～2h的高精度遙感載荷控制工作[4]。

（2）在測(cè)繪工作中可以大幅度提升圖像的分辨率，可以實(shí)現(xiàn)1∶500或是更大的放大比例；具有垂直或者傾斜測(cè)繪成像模式，能滿足不同的遙感測(cè)繪工作需求，并且監(jiān)測(cè)的范圍更廣、更全面，可以實(shí)現(xiàn)全方位覆蓋。

（3）具有完備的數(shù)據(jù)分析體系和數(shù)據(jù)整合控制體系，并且可以實(shí)現(xiàn)分析和控制體系的完美整合，有極強(qiáng)的自主性。無人機(jī)的飛行航線有非常高的控制精度，無人機(jī)低空飛行可以到50m，高空飛行高度可達(dá)4000m，在這樣廣闊的飛行空間還可以實(shí)現(xiàn)自主飛行和測(cè)繪拍攝工作，且對(duì)高度的控制精度也很精細(xì)。此外，無人機(jī)飛行速度低速可達(dá)70km/h，高速可達(dá)160km/h，飛行平穩(wěn)，可以很好地完成遙感任務(wù)。

（4）操作簡(jiǎn)單、便利且操作效率高，可以在測(cè)繪工作中實(shí)時(shí)進(jìn)行測(cè)量分析。其還是一個(gè)智能化程度很高的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化飛行操作，帶有故障自動(dòng)診斷和顯示功能，有效維護(hù)了工作的正常進(jìn)行，提升了操作效能。另外，一旦無人機(jī)在在測(cè)量工作中出現(xiàn)故障，它可以自己巡航回到出發(fā)點(diǎn)并盤旋在上空等待檢修。

2 灌區(qū)測(cè)繪無人機(jī)系統(tǒng)組成及其特點(diǎn)

文章所用灌區(qū)測(cè)繪無人機(jī)系統(tǒng)主要包括一個(gè)小型的無人機(jī)飛行平臺(tái)，同時(shí)配有無人機(jī)飛行的操縱控制系統(tǒng)，當(dāng)無人機(jī)采集信息后需要有獲取測(cè)繪影像的設(shè)備，還要具備與無人機(jī)通信的設(shè)備，最后還要有信息的接收處理設(shè)備。

灌區(qū)測(cè)繪使用固定翼無人機(jī)，其具有超高的飛行效率，可以抵抗大風(fēng)干擾，在惡劣的環(huán)境依然可以保持穩(wěn)定飛行，作業(yè)效率很高。固定翼無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力滑翔，有較長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間和續(xù)航里程，可以連續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)，最遠(yuǎn)可以飛行100km左右，非常適合用于大范圍、遠(yuǎn)距離的水利工程的航拍、航測(cè)等領(lǐng)域。

硬件和軟件系統(tǒng)的結(jié)合構(gòu)成了無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)，其中硬件包括無人機(jī)承載系統(tǒng)和監(jiān)察地面的監(jiān)控系統(tǒng)；軟件則包括進(jìn)行航線規(guī)劃設(shè)計(jì)的系統(tǒng)、無人機(jī)飛行操作控制系統(tǒng)、進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、進(jìn)行航空拍攝的檢查系統(tǒng)以及獲得數(shù)據(jù)之后進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)。無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)軟硬件各個(gè)系統(tǒng)緊密配合，形成了及時(shí)、反應(yīng)迅速的工作模式。電動(dòng)裝置是無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的動(dòng)力核心。測(cè)繪系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，是能夠完成測(cè)繪攝影工作的關(guān)鍵一步。無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)采用多種先進(jìn)技術(shù)融合在一起，體現(xiàn)了諸多技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具體反映在系統(tǒng)有小巧的體積、輕快的質(zhì)量，具有較高的測(cè)繪工作精度且反應(yīng)靈敏，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境等方面[5]。

采用面網(wǎng)布設(shè)的方法對(duì)照片的控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，在拍攝前現(xiàn)場(chǎng)選定控制點(diǎn)，在拍攝航拍后現(xiàn)場(chǎng)選取視地物點(diǎn)。在水利工程中，圖像控制點(diǎn)布置在兩側(cè)在公路上或河邊的平地上。由于淹沒問題，在平坦的耕地上設(shè)置了更多的圖像控制點(diǎn)。

航線網(wǎng)絡(luò)布置保證航線末端和下方的控制點(diǎn)被布置在直線通過主點(diǎn)和垂直于方向線的垂直點(diǎn)上，確保上方和下方的點(diǎn)在相同的3個(gè)尺寸相對(duì)位置上。確保在測(cè)量區(qū)域之間存在著重疊，垂直航線重疊度一般設(shè)為60%～70%，而旁向的重疊度為30%～50%。選擇無風(fēng)、無云、大氣透明且良好的攝影天氣。

3 無人機(jī)系統(tǒng)測(cè)繪灌區(qū)要求情況及在灌區(qū)的應(yīng)用

3.1 灌區(qū)要求情況

位山灌區(qū)管理范圍內(nèi)的東西輸沙渠、沉沙池、3條干渠等骨干工程在應(yīng)用中的目標(biāo)要求主要有以下幾點(diǎn)：

（1）水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用：配備無人機(jī)技術(shù)的水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)水域狀態(tài)，及時(shí)地傳輸、處理數(shù)據(jù)；與此同時(shí)，測(cè)繪遙感系統(tǒng)可以從無人機(jī)采集處理的數(shù)據(jù)中快速獲取高分辨率圖像信息，根據(jù)要求完成高清攝像、數(shù)字正攝影像圖的繪制，為工程建設(shè)提供重要信息。

（2）水利工程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：利用無人機(jī)技術(shù)，實(shí)時(shí)觀測(cè)水域狀態(tài)，檢查灌區(qū)內(nèi)水域的發(fā)展變化，將采集到的水域信息數(shù)據(jù)作為水域調(diào)查統(tǒng)計(jì)的依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)水域的現(xiàn)代化管理以及滿足當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求；根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)到的水域情況，建立包含水域動(dòng)態(tài)變化和有違法占用水域情況記錄的檔案，為水域?qū)崟r(shí)現(xiàn)代化管理提供資料信息。

（3）洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)：利用無人機(jī)在發(fā)生洪災(zāi)的地區(qū)進(jìn)行災(zāi)情的監(jiān)測(cè)，并把實(shí)時(shí)搜集的資料發(fā)回指揮部，為做出應(yīng)急措施提供及時(shí)有效的資料。

（4）對(duì)以上管理范圍內(nèi)存在的違法事項(xiàng)進(jìn)行巡查并定位，保證違法事項(xiàng)拍攝清晰可辨認(rèn)，按照地面分辨率不低于1∶1000測(cè)圖精度進(jìn)行拍攝。

3.2 無人機(jī)系統(tǒng)測(cè)繪在灌區(qū)的應(yīng)用

此次的航空拍攝儀器使用Sonya7R，焦距為35mm，相位幅度為7360×4192，像素分辨率為4.88um。由GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出無人機(jī)相對(duì)地面的飛行高度為400m，地面的分辨率達(dá)到0.07m。飛行平穩(wěn)，成像質(zhì)量良好，可以看出圖像有很高的清晰圖，色彩均勻飽滿，能將地面信息真實(shí)地表述出來。垂直航向航線重疊75%，側(cè)向重疊50%。

（1）像控測(cè)量。確保測(cè)量成像在像控點(diǎn)的布設(shè)范圍之內(nèi)，布設(shè)的控制范圍包括測(cè)繪區(qū)的四周和中心位置。為了保證適應(yīng)測(cè)試區(qū)的狀況，相控布設(shè)的控制點(diǎn)在每個(gè)測(cè)繪區(qū)都應(yīng)不少于20個(gè)，并且都要設(shè)置為平高點(diǎn)。相控布設(shè)控制點(diǎn)以及測(cè)量應(yīng)遵循的原則包括如下幾個(gè)方面：①像控點(diǎn)選在線狀地物的交叉點(diǎn)、明顯地物拐角頂點(diǎn)處、影像大于0.2mm點(diǎn)狀地物中心，交角良好；②像控點(diǎn)所在位置高程變化不大，像控點(diǎn)刺點(diǎn)目標(biāo)的影像必須清晰、明顯；③有開闊的對(duì)空視野，沒有較大的遮擋干擾GPS觀測(cè)，應(yīng)為接收設(shè)備預(yù)留位置，還要便于操作；④在進(jìn)行觀測(cè)之后需要對(duì)近遠(yuǎn)景進(jìn)行拍攝，以便后續(xù)進(jìn)行糾正，確保準(zhǔn)確測(cè)量。

（2）空中三角測(cè)量。項(xiàng)目采用SVS軟件進(jìn)行空三加密，根據(jù)航空飛行及影像分布情況，將空三區(qū)域分為兩個(gè)加密區(qū)域網(wǎng)采用自動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合的方式進(jìn)行空三加密，即采用自動(dòng)匹配進(jìn)行像點(diǎn)量測(cè)，剔除粗差。手動(dòng)調(diào)整直到連接點(diǎn)符合規(guī)格要求，并確保在2/3像素內(nèi)。增加現(xiàn)場(chǎng)圖像控制點(diǎn)，計(jì)算并檢查區(qū)域的大地方位，最終加密結(jié)果滿足1∶1000數(shù)據(jù)采集要求。

（3）數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集由內(nèi)業(yè)作業(yè)人員根據(jù)航攝像片上的信息和參照可用的輔助材料，在Mapmatrix軟件下，利用立體圖像模型對(duì)地形要素進(jìn)行解釋。特征實(shí)體通過點(diǎn)、線、面和筆記收集、存儲(chǔ)。室外作業(yè)需對(duì)室內(nèi)解讀過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤、無法解釋的地形要素進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查。

（4）調(diào)繪采用綜合判讀調(diào)繪法，也就是先室內(nèi)判讀調(diào)繪，后野外檢核、調(diào)查和定性，最后室內(nèi)清繪整飾的方法。調(diào)繪的內(nèi)容包括居民地、獨(dú)立地物、道路及附屬設(shè)施、管線及垣柵、水系及附屬設(shè)施、植被等。

項(xiàng)目實(shí)施過程中，對(duì)項(xiàng)目巡查渠道進(jìn)行了高清影像拍攝；對(duì)項(xiàng)目巡查渠道進(jìn)行了數(shù)字正射影像圖繪制；對(duì)項(xiàng)目重點(diǎn)建筑物進(jìn)行了三維全景拍攝。針對(duì)河道管理需求，通過飛行采集的高清圖像，進(jìn)行河道、河堤破損情況查看；對(duì)重點(diǎn)建筑物的完好狀態(tài)實(shí)施查看。針對(duì)河道非法作業(yè)信息收集需求，通過無人機(jī)高空高清圖像，可以實(shí)現(xiàn)高清實(shí)時(shí)記錄存在的違法行為，同時(shí)提高人員的工作效率與安全性。針對(duì)可能存在的河道沿岸違章建筑的信息采集需求目標(biāo)，利用無人機(jī)高空作業(yè)，航道拍照，通過影像軟件及原始測(cè)量數(shù)據(jù)，可直接查詢圖上違法建筑位置及坐標(biāo)，并可以查詢違法建筑長(zhǎng)度及面積。

4 結(jié)束語

配有無人機(jī)的遙感測(cè)繪系統(tǒng)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪系統(tǒng)采用有人駕駛的飛機(jī)和衛(wèi)星采集獲取地理信息速度慢、不及時(shí)、采集信息不全面等方面的缺點(diǎn)。文中位山灌區(qū)的實(shí)時(shí)數(shù)字化管理采用配有無人機(jī)的遙感測(cè)繪系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)?shù)貜?fù)雜的地理環(huán)境充分發(fā)揮了配有系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)位山灌區(qū)骨干工程的全覆蓋監(jiān)管，能夠?qū)崿F(xiàn)迅速、實(shí)時(shí)、在線持續(xù)的監(jiān)控。配有無人機(jī)的遙感測(cè)繪系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、便捷，成本低廉，智能化程度高，解放了勞動(dòng)力，節(jié)省了開支，提升了現(xiàn)代信息化水平，真正實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化智能監(jiān)管。