萬會(huì)明

（中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，江西 南昌，330029）

現(xiàn)階段，隨著我國(guó)水利工程信息化的程度不斷提升，越來越多先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于水利工程建設(shè)當(dāng)中，為水利工程建設(shè)與管理提供了科學(xué)的建設(shè)依據(jù)，其中傾斜攝影技術(shù)就是最為典型的一種。劉東[1]（2021）將傾斜攝影技術(shù)界定為測(cè)繪遙感領(lǐng)域中逐漸發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，能夠?qū)⒍鄠€(gè)立體傳感器建設(shè)在同一飛行平臺(tái)之上，并利用傾斜、垂直等攝影角度進(jìn)行水利工程相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，從而最大程度保障數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性以及完整性。同時(shí)，路海濤[2]（2018）認(rèn)為，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具備大范圍、高精度等優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)閲?guó)土、災(zāi)害應(yīng)急、水利、油田、旅游、智慧城市、軍事以及農(nóng)業(yè)等多個(gè)行業(yè)提供集二維、三維為一體的數(shù)據(jù)信息。因此，將傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于水利工程測(cè)繪當(dāng)中，能夠全面提升工程測(cè)繪的整體質(zhì)量及智能化作業(yè)水平，進(jìn)而為水利工程建設(shè)的高質(zhì)量實(shí)施提供有力保障。

1 作業(yè)流程與技術(shù)要求

1.1 作業(yè)流程

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是利用無人機(jī)進(jìn)行空中飛行測(cè)量的一項(xiàng)高科技技術(shù)，其主要特點(diǎn)為通過傾斜攝影技術(shù)，將多個(gè)攝像頭安裝在無人機(jī)上，并通過傾斜、垂直等不同角度進(jìn)行工程測(cè)繪以及數(shù)據(jù)信息的收集，能夠有效保障水利工程建設(shè)中地理表面數(shù)據(jù)信息的獲取更加完整與精準(zhǔn)，進(jìn)而為后續(xù)的水利工程建設(shè)奠定基礎(chǔ)[3]。傾斜攝影測(cè)量的基本流程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型構(gòu)建以及精度分析四個(gè)方面，具體情況如圖1所示。

圖1 傾斜攝影測(cè)量的基本流程

1.2 技術(shù)要求

傾斜攝影測(cè)量中，數(shù)據(jù)信息采集的基本技術(shù)規(guī)格與相關(guān)要求如下：其一，攝影測(cè)量獲取的圖像應(yīng)為真彩色數(shù)字圖像；其二，地面的分辨率需要充分滿足比例尺地形圖的相關(guān)精度要求[4]；其三，攝影照片的旁向以及航向重疊度需要滿足測(cè)繪要求；其四，圖像需要滿足對(duì)比度適中、清晰以及色調(diào)明亮且柔和等質(zhì)量要求；其五，填充漏洞，即在航拍的過程中很可能受各種外界因素的影響，導(dǎo)致部分拍攝區(qū)域的影像質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，甚至無影像覆蓋，因此，需要按照原航拍路線以及相關(guān)參數(shù)，對(duì)不達(dá)標(biāo)以及漏拍的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)拍，進(jìn)而最大程度保障傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及完整性[5]。

2 傾斜攝影測(cè)量在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 降低水利工程測(cè)繪成本

通常情況下，傾斜攝影測(cè)量以無人機(jī)低空飛行為主，其對(duì)環(huán)境以及天氣等要求相對(duì)較低，并且整個(gè)操作流程靈活、便捷，既能夠縮短無人機(jī)飛行周期，大大減少操作人員的數(shù)量，又能夠有效提升攝影測(cè)量的工作效率，進(jìn)而全面降低水利工程測(cè)繪的飛行成本[6]。另外，與傳統(tǒng)航拍技術(shù)相比，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)，不僅能夠在一架無人機(jī)上搭載多個(gè)攝像機(jī)，而且能夠獲取到多個(gè)不同角度的影像數(shù)據(jù)，同時(shí)在對(duì)攝影圖像進(jìn)行后期處理時(shí)，采用自動(dòng)化批量處理的方式，能夠在一定程度上節(jié)省建模時(shí)間、減少航拍次數(shù)，并且節(jié)省工程測(cè)繪勞動(dòng)力成本，進(jìn)而在獲取精準(zhǔn)、完整地表數(shù)據(jù)信息的同時(shí)，能夠有效降低攝影設(shè)備的損耗。

2.2 獲取水利工程測(cè)繪原數(shù)據(jù)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于水利工程測(cè)繪中，最首要的優(yōu)勢(shì)就是能夠獲取原數(shù)據(jù)，即多角度影像。具體情況如下：其一，工程測(cè)繪人員利用傾斜攝影數(shù)據(jù)，能夠在模型中提取各種測(cè)繪輔助數(shù)據(jù)，如DOM、DSM、DEM等[7]；其二，工程測(cè)繪人員可以在傾斜攝影數(shù)據(jù)中，直接導(dǎo)出與測(cè)繪原數(shù)據(jù)相匹配的高密度圖像以及點(diǎn)云，為水利工程測(cè)繪工作提供輔助作用，進(jìn)而幫助施工人員充分了解測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜地形；其三，將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合，能夠在云端直接獲取工程測(cè)繪區(qū)域的圖像，切實(shí)滿足水利工程建設(shè)中監(jiān)測(cè)工作以及重復(fù)測(cè)繪工作的需要；其四，工程測(cè)繪人員可以通過傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，獲得高分辨率的攝影圖像以及航空影像數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)制作出數(shù)字高程建模以及數(shù)字線路規(guī)劃圖等，進(jìn)而為后期的水利工程建設(shè)提供重要的數(shù)據(jù)支持[8]。

2.3 提升水利工程測(cè)繪的質(zhì)量與效率

水利工程測(cè)繪中，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升測(cè)繪效率及整體質(zhì)量。具體情況如下：其一，工程測(cè)繪人員將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)相結(jié)合，能夠構(gòu)建出工程測(cè)繪區(qū)域的三維模型，具有較好的可視性，若對(duì)其進(jìn)行量取、編輯以及立體測(cè)圖等操作，既能夠給決策者帶來身臨其境的感覺，幫助其做出正確的判斷，又能夠進(jìn)一步提升水利工程測(cè)繪的工作效率；其二，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，利用無人機(jī)低空飛行進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量，不僅能夠保證攝像機(jī)具有較高的清晰度，而且攝影數(shù)據(jù)的地面分辨率可優(yōu)于5cm，并且在1天時(shí)間里可以獲取到1km2的測(cè)量數(shù)據(jù)，可見傾斜攝影測(cè)量的工作效率較高[9]；其三，利用傾斜攝影技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)泛在測(cè)繪，即將POS、TBS等新技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)繪當(dāng)中，使測(cè)繪人員可以打破以往對(duì)于理論專業(yè)知識(shí)的依賴，確保其只要具備最基本的無人機(jī)操作技術(shù)，就可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)創(chuàng)建地圖過程，并完成工程測(cè)繪工作，從而在提升水利測(cè)繪質(zhì)量與效率的同時(shí)，進(jìn)一步提升測(cè)繪精度[10]。

3 傾斜攝影測(cè)量在水利工程測(cè)繪中的具體應(yīng)用

3.1 工程概況

以某水利工程為例，對(duì)傾斜攝影測(cè)量在水利工程測(cè)繪中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，9臺(tái)離心泵分別向3個(gè)不同方向的市區(qū)供水，預(yù)估需要產(chǎn)生4.48×105t的日平均輸水量。此水利工程測(cè)繪工作中，測(cè)繪人員將BIM技術(shù)與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，以期全面提升水利工程測(cè)繪的整體質(zhì)量。其中，無人機(jī)傾斜攝影航測(cè)工程區(qū)域地形圖如圖2所示。

圖2 某水利工程區(qū)域航測(cè)地形圖

3.2 數(shù)據(jù)采集

在此水利工程測(cè)繪工作中，測(cè)繪人員將實(shí)際的工程情況與區(qū)域環(huán)境相結(jié)合，并以此為依據(jù)制定了完善的傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集措施，即在六旋翼無人機(jī)上安裝5臺(tái)攝像機(jī)，按照既定的航線設(shè)計(jì)對(duì)5個(gè)不同方向進(jìn)行影像采集。工程測(cè)繪人員通過使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)共拍攝照片2 850張，測(cè)量總區(qū)域面積為0.5km2，其中影像重疊度85%、地表分辨率為每像素5cm。另外，測(cè)繪人員利用GPS-RTK設(shè)備對(duì)地面均勻分布的6個(gè)采集控制點(diǎn)實(shí)施空中三角網(wǎng)平差處理，并將另外6個(gè)點(diǎn)視為檢查點(diǎn)，進(jìn)而為水利工程測(cè)繪提供重要的數(shù)據(jù)保障。

3.3 數(shù)據(jù)處理

在此水利工程測(cè)繪中，數(shù)據(jù)處理工作由測(cè)繪人員利用Context Capture（三維實(shí)景建模軟件）完成。具體而言，通過Context Capture軟件對(duì)水利工程測(cè)區(qū)進(jìn)行3D模型重建以及空中三角測(cè)量，主要包括數(shù)據(jù)匹配、模型建立與修改、特征點(diǎn)提取、整理與提交以及調(diào)節(jié)平差等，并且所測(cè)量的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量小、模型真實(shí)以及能夠兼容多種不同數(shù)據(jù)格式的優(yōu)點(diǎn)。具體數(shù)據(jù)處理流程圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理流程圖

3.4 模型構(gòu)建

受水利工程測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)以及測(cè)區(qū)條件的影響，工程測(cè)繪人員利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪工作時(shí)，應(yīng)在充分結(jié)合水利工程實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，利用仿真軟件進(jìn)行水利工程測(cè)繪的模型構(gòu)建。此水利工程測(cè)繪中，主要利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、匯總、提取以及處理等工作，并嚴(yán)格按照相關(guān)流程進(jìn)行工程測(cè)繪，同時(shí)通過TIN網(wǎng)構(gòu)建、自動(dòng)貼圖、實(shí)景三維模型以及正射影像等操作，構(gòu)建出具有透明、直觀以及立體等特征的空間模型，幫助工程測(cè)繪人員進(jìn)一步了解工程測(cè)繪區(qū)域的實(shí)際地理情況，最大程度避免了水利工程測(cè)繪出現(xiàn)誤差的情況，進(jìn)而為水利工程建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。

3.5 精度分析

此水利工程測(cè)繪共選擇10個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行高程精度以及平面精度檢測(cè)，具體檢測(cè)情況如表1所示，其中最小高程誤差為2.1cm、最大高程誤差為5.2cm；最小平面誤差為1.1cm、最大平面誤差為6.2cm，與相關(guān)技術(shù)規(guī)范相比，此水利工程測(cè)繪的高程精度與水平精度均符合標(biāo)準(zhǔn)。

表1 某水利工程測(cè)繪精度統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得傾斜攝影測(cè)量技術(shù)得到了進(jìn)一步的完善，將其應(yīng)用于水利工程測(cè)繪中，既能夠充分保障測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及完整性，又能有效提升工程測(cè)繪的整體質(zhì)量以及測(cè)繪效率，進(jìn)而為水利工程的后續(xù)建設(shè)夯實(shí)基礎(chǔ)。然而值得注意的是，雖然傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)繪中具備了一定的優(yōu)勢(shì)，但是在未來的水利工程建設(shè)中，仍需要在保持現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，充分借助科學(xué)技術(shù)提升水利工程測(cè)繪的質(zhì)量以及水平，促使水利工程測(cè)繪工作能夠切實(shí)滿足社會(huì)發(fā)展的新要求，并逐漸朝著現(xiàn)代化、高精度化、智能化以及數(shù)字化的方向發(fā)展，進(jìn)而全面推動(dòng)我國(guó)水利工程測(cè)繪行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。