彭 虎

(黔西南州興源水利電力勘察設(shè)計有限公司，貴州 興義 562400)

1 無人機航攝系統(tǒng)

采用SIFT算子和Harris算子結(jié)合進行影像匹配，首先提取SIFT特征點、Harris點，對其進行相對定向，得出內(nèi)集點A、B，刪除重復點，并合并內(nèi)集點A、B，得出內(nèi)集點C，刪除內(nèi)集點C中的錯誤匹配點，得出內(nèi)集點D，然后構(gòu)件同名三角形，獲取新角點，通過相對定向得到內(nèi)集點E，合并內(nèi)集點D、E后，判斷點數(shù)是否滿足要求，如滿足要求，即匹配結(jié)束。為進行大比例尺測圖工作，首先需對該地區(qū)進行勘測，并收集相關(guān)資料，采用無人機航空攝影對該地區(qū)的立體數(shù)據(jù)進行采集，進行調(diào)繪與補測，之后進行兩級檢查，若不合格，則重新進行調(diào)繪與補測，然后進行地形圖編輯，并建立數(shù)據(jù)庫，制作制圖數(shù)據(jù)，最后提交驗收及質(zhì)量檢查，驗收合格后即可提交驗收成果，如圖1所示。

圖1 SIFT和Harris算子特征的影像匹配流程圖

本研究所采用無人機相關(guān)參數(shù)如表1所示，航飛設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表1 無人機相關(guān)參數(shù)

表2 航飛設(shè)計參數(shù)

根據(jù)上述無人機飛行參數(shù)，可計算得出各勘測位置的航飛參數(shù)如表3所示。根據(jù)測區(qū)的基本情況，確定本次勘測的無人機飛行距離為80 km，共計拍攝照片700張。

表3 各勘測位置的航飛參數(shù)

2 工程概況

本研究以某水電工程為研究背景，該水電工程為Ⅱ等大(2)型工程，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，水庫正常蓄水位3447.00 m，相應(yīng)庫容0.5528億m3，電站裝機容量為660 MW，多年平均發(fā)電量32.064億kWh，保證出力(P=5%)173.43 MW。電站工程建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。該航攝測區(qū)的面積為13 km2，主要以山地為主，平均海拔為490 m。該測區(qū)的已有GPS基本控制點如表4所示。本測區(qū)采用區(qū)域網(wǎng)布點法進行像控點布設(shè)，航線上每隔10～15條基線布設(shè)，在旁向上按2～4條基線布設(shè)。

表4 GPS基本控制點 m

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度分析

以GPS基本控制網(wǎng)的點位數(shù)據(jù)為基準，對各點位的中誤差進行分析，其計算結(jié)果如表5所示。根據(jù)表格相關(guān)數(shù)據(jù)，可對像控點進行同步環(huán)、異步環(huán)檢驗，可得出其同步環(huán)最大相對閉合差為3.51 ppm，限差為15 ppm，異步環(huán)限差為± 18.71 cm；點位p11為像控點最弱點，其三維約束平差最弱邊相對精度為1.33 × 10-5，其三維無約束平差相對精度為5.46 × 10-5。當成圖比例尺為1∶2000時，以上計算得出的無人機勘測精度滿足規(guī)范要求，其準確性較高。

表5 中誤差計算結(jié)果

為分析無人機勘測得出的數(shù)據(jù)的質(zhì)量及精度，需對其空三像控點誤差、地形圖平面精度、地形圖高程精度進行計算分析，其空三像控點誤差如表6所示。由表可知，各測點間的誤差具有一定的差異性，X、Y、Z方向的最大誤差分別為0.066 30 m、0.166 26 m、-0.171 36 m，總體而言X方向的控點誤差最小，其次為Y方向的控點誤差，Z方向的控點誤差最大。根據(jù)該表可計算得出三個方向的殘差中誤差，其中，X方向的像控點殘差中誤差為0.0366 m，Y方向的像控點殘差中誤差為0.0603 m，Z方向的像控點殘差中誤差為0.103 m；X、Y、Z方向的空三加密點中誤差分別為0.141 m、0.126 m、0.119 m。根據(jù)相關(guān)規(guī)范可得，當比例尺為1∶2000時，像控點的平面限差應(yīng)<2.0 m，高程限差應(yīng)<1.5 m；加密點的平面限差應(yīng)<1.1 m，高程限差應(yīng)<0.8 m，采用無人機勘測得出的誤差遠小于規(guī)范所規(guī)定的限值[1-5]，說明采用無人機航攝系統(tǒng)得出的勘測結(jié)果精度較高。

表6 空三像控點誤差 m

地形圖平面精度如表7所示。由表可知，各測點的地形圖平面精度具有一定的差異性，對比圖上量測數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)可得，測點48的點位偏移量最大，其值為0.1947 m，測點4的點位偏移量最小，其值為0.0228 m，圖上量測數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)間的點位移偏量間的差值大部分<0.1 m，與實際數(shù)據(jù)還存在一定的差異，這是由于，在無人機測繪過程中會受到外在因素的影響，會發(fā)生光學畸變現(xiàn)象，導致無人機測繪得出的地形圖平面數(shù)據(jù)存在一定的誤差。根據(jù)表7數(shù)據(jù)計算得出地形圖平面中誤差為0.08 m，根據(jù)《工程測量規(guī)范》(JTS 131—2012)可得[6]，當比例尺為1∶2000時，平面位置的誤差精度應(yīng)<1.6 m，無人機勘測得出的地形圖平面中誤差遠小于其指標限值，說明采用無人機航拍系統(tǒng)勘測的準確性較高。

表7 地形圖平面精度

地形圖高程精度如表8所示。由表可知，測點100的誤差最大，其高程誤差為4.12 m，測點7、測點8的高程誤差較小，誤差均為0.23 m。根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算可得，采用無人機航拍系統(tǒng)得出的高程平均中誤差為± 0.68 m，當比例尺為1∶2000時，規(guī)范所規(guī)定的高程中誤差限值為2 m，無人機勘測得出的地形圖平面中誤差遠小于其指標限值，說明采用無人機航拍系統(tǒng)勘測的準確性較高。綜合以上分析可得，采用無人機航拍系統(tǒng)得出的空三像控點誤差、地形圖平面精度、地形圖高程精度均在規(guī)范所規(guī)定的限值內(nèi)，說明其勘測成果質(zhì)量優(yōu)良。

表8 地形圖高程精度 m

4 結(jié) 論

(1)X方向的像控點殘差中誤差為0.0366 m，Y方向的像控點殘差中誤差為0.0603 m，Z方向的像控點殘差中誤差為0.103 m；X、Y、Z方向的空三加密點中誤差分別為0.141 m、0.126 m、0.119 m。

(2)測點48的點位偏移量最大，其值為0.1947 m，測點4的點位偏移量最小，其值為0.0228 m，圖上量測數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)間的點位移偏量間的差值大部分小于0.1 m，與實際數(shù)據(jù)還存在一定的差異，這是由于，在無人機測繪過程中會受到外在因素的影響，會發(fā)生光學畸變現(xiàn)象，導致無人機測繪得出的地形圖平面數(shù)據(jù)存在一定的誤差。

(3)當比例尺為1∶2000時，采用無人機航拍系統(tǒng)得出的高程平均中誤差為± 0.68 m，規(guī)范所規(guī)定的高程中誤差限值為2 m，其誤差遠小于其指標限值，

(4)采用無人機航拍系統(tǒng)得出的空三像控點誤差、地形圖平面精度、地形圖高程精度均在規(guī)范所規(guī)定的限值內(nèi)，說明其勘測成果質(zhì)量優(yōu)良。