摘要：以某水利工程為例，探究了大疆經(jīng)緯M300無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在該測(cè)區(qū)的應(yīng)用。在基本控制測(cè)量與無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的基礎(chǔ)上，對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)依次進(jìn)行影像糾偏、空三加密、平差解算等處理，同時(shí)結(jié)合外業(yè)調(diào)查調(diào)繪資料繪制測(cè)區(qū)地形圖。從精度評(píng)估情況看，空三加密精度和地形圖精度均符合工程需要，為水利工程的建設(shè)與維護(hù)提供了參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量水利工程空三加密外業(yè)測(cè)繪

中圖分類(lèi)號(hào)：P27

ResearchontheApplicationofUAVLowAltitudePhotogrammetryTechnologyinWaterConservancyEngineeringSurveying

ZHANGJin

CangzhouWaterResourcesSurveyandPlanningDesignInstituteCo.，Ltd.，Cangzhou，HebeiProvince，050051China

Abstract：Takingacertainwaterconservancyprojectasanexample，thispaperexplorestheapplicationofLowAltitudePhotogrammetrytechnologyusingtheDJIM300UnmannedAerialVehicle（UAV）inthesurveyarea.OnthebasisofbasiccontrolmeasurementandUAVlowaltitudephotogrammetry，imagecorrection，aerialtriangulation，adjustmentcalculationandotherprocessingarecarriedoutoninternaldatainsequence，whiledrawingtopographicmapsofthesurveyareabasedonfieldsurveyandmappingdata.Fromtheaccuracyevaluation，itcanbeseenthattheaccuracyofaerialtriangulationandtopographicmapbothmeettheengineeringneeds，providingareferencefortheconstructionandmaintenanceofwaterconservancyprojects.

KeyWords：UAVlowaltitudephotogrammetry;Waterconservancyengineering;Aerialtriangulation;Fieldsurveyandmapping

隨著民用無(wú)人機(jī)技術(shù)的成熟，無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量被廣泛應(yīng)用到城市規(guī)劃、文物保護(hù)、應(yīng)急測(cè)繪、工程測(cè)量等領(lǐng)域。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)包含了飛行平臺(tái)、飛控系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等，可以支持在線規(guī)劃航線、遠(yuǎn)程控制飛行、自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)成圖等功能。在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行水利工程測(cè)量時(shí)，除了使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空攝影測(cè)量獲取影像數(shù)據(jù)外，還要使用GPS（GlobalPositioningSystem，GPS）、RTK（Real-timekinematic，RTK）等設(shè)備進(jìn)行外業(yè)調(diào)查調(diào)繪，將內(nèi)業(yè)與外業(yè)資料相結(jié)合制成的地形圖精度更高、內(nèi)容更加豐富，相應(yīng)的對(duì)于工程建設(shè)具有更高的參考價(jià)值。

1測(cè)區(qū)概況

某地?cái)M建水庫(kù)高程在1007～1288m之間，有防洪、發(fā)電、灌溉等功能。測(cè)區(qū)縱向范圍為壩址軸線上游3.6km至下游2.5km，橫向范圍為壩肩至塬面以外12m。測(cè)區(qū)地表植被以低矮灌木為主，但是受地形影響通視條件不良。為更高效率獲取更加精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，在本工程中應(yīng)用了無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)，使用設(shè)備為大疆經(jīng)緯M300型無(wú)人機(jī)，最快飛行速度23m/s，最大續(xù)航時(shí)間55min，錄像分辨率1080p。

2無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量是通過(guò)提前規(guī)劃測(cè)區(qū)路線的方式，讓無(wú)人機(jī)在航高1000m以下定向飛行并完成數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量。將控制測(cè)量資料與無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量資料相結(jié)合，在空中三角處理的基礎(chǔ)上建立測(cè)區(qū)的三維模型，同時(shí)結(jié)合外業(yè)補(bǔ)測(cè)及調(diào)繪信息編輯地形圖，以可視化形式呈現(xiàn)最終成果。

2.1控制測(cè)量

基于“先像控后航測(cè)”思路，在測(cè)區(qū)內(nèi)布置了18個(gè)GPS標(biāo)識(shí)點(diǎn)，聯(lián)測(cè)3個(gè)C級(jí)平面控制點(diǎn)和2個(gè)Ⅱ等高程點(diǎn)，所有操作內(nèi)容均嚴(yán)格按照《水利水電工程測(cè)量規(guī)范（SL197-2013）》進(jìn)行。高程控制采用五等幾何水準(zhǔn)測(cè)量成果，使用GPS-RTK方式聯(lián)測(cè)像控點(diǎn)三維坐標(biāo)[1]。為消除誤差，采用3次測(cè)量結(jié)果的平均值作為像控點(diǎn)最終成果。

2.2航空攝影

2.2.1航攝設(shè)計(jì)與成果

本次無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量任務(wù)選用大疆經(jīng)緯M300無(wú)人機(jī)，搭載SonyA7RⅡ定焦單反相機(jī)，焦距35.1mm，像元大小4.6μm。工作人員通過(guò)無(wú)人機(jī)地面控制軟件規(guī)劃航測(cè)線路，并設(shè)定旁向重疊度、航向重疊度、飛行速度等主要參數(shù)。分5個(gè)架次共30條航帶進(jìn)行航攝，累計(jì)獲得相片2161張，航飛成果如表1所示。

2.2.2像控點(diǎn)布置

像控點(diǎn)布設(shè)方法選擇“區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)法”，測(cè)區(qū)范圍內(nèi)共設(shè)置25個(gè)像控點(diǎn)，全部分布在無(wú)人機(jī)航向和旁向6片重疊范圍內(nèi)。在確定像控點(diǎn)位置時(shí)，優(yōu)先考慮地勢(shì)平坦、視野開(kāi)闊的區(qū)域，原則上不得選擇煙囪、電線桿以及高大建筑物作為像控點(diǎn)。在像控點(diǎn)處用白石灰作“十”字標(biāo)記，以便于無(wú)人機(jī)拍攝。

2.3外業(yè)測(cè)繪

本次測(cè)量任務(wù)重外業(yè)調(diào)查測(cè)繪工作主要包括兩方面：一是水工建筑物的調(diào)查測(cè)量，測(cè)量對(duì)象包括測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的淤地壩和溢流壩的壩頂高程，以及臨水坡腳高程；獲取抽水泵站的位置、管徑等參數(shù)。二是地形圖調(diào)繪，結(jié)合拼接影像在測(cè)區(qū)內(nèi)開(kāi)展了實(shí)地調(diào)繪，主要目標(biāo)包括村莊名稱(chēng)；房屋屬性以及道路材質(zhì)、電線敷設(shè)路徑等[2]。

2.4內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

2.4.1影像糾偏

影像糾偏處理流程如下：運(yùn)行ArcGIS軟件后，點(diǎn)擊菜單欄中的“加載”選項(xiàng)，在新彈出的對(duì)話框中添加需要糾偏配準(zhǔn)的影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)加載完畢后，進(jìn)入ArcGIS軟件的工具箱并選擇“影像處理工具”，展開(kāi)該部分并單擊選擇“糾偏”子工具，進(jìn)入相應(yīng)的窗口。在該窗口中設(shè)置糾偏方法、糾偏參數(shù)后，即可完成對(duì)影像數(shù)據(jù)的糾偏配準(zhǔn)。將鼠標(biāo)移動(dòng)至配準(zhǔn)后的影像圖片上，單擊右鍵選擇“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”，然后選擇另存路徑，保存配準(zhǔn)后的影像數(shù)據(jù)。

2.4.2空三加密

本文使用VirtuoZo數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站提供的Inpho軟件完成空中三角加密，作業(yè)步驟如圖2所示。

在空三加密中，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)匹配的方式測(cè)量加密點(diǎn)，要求加密點(diǎn)盡可能的均勻分布在像片中，航帶連接點(diǎn)的每張像片中加密點(diǎn)數(shù)量不得少于3個(gè)。在確定加密點(diǎn)具體位置時(shí)，采用4×4標(biāo)準(zhǔn)位置選點(diǎn)方法，要求每個(gè)區(qū)域內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量不得少于4個(gè)，達(dá)到降低模型連接差和航帶連接差的目的。平差解算也是空三加密中的重要步驟，可通過(guò)Inpho軟件自帶的平差解算工具完成該項(xiàng)工作，經(jīng)過(guò)剔除粗差、迭代計(jì)算、人工編輯后，保證輸出的平差結(jié)果有更高的精度[4]。

2.4.3數(shù)據(jù)生產(chǎn)

使用測(cè)繪軟件生成數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）和數(shù)字正射影像（DigitalOrthophotoMap，DOM）。通過(guò)手腳輪盤(pán)等工具配合JX4等線畫(huà)圖采集軟件，繪制出線畫(huà)圖采集成果。將處理完畢的數(shù)據(jù)導(dǎo)入測(cè)繪數(shù)據(jù)編輯軟件CASS中做進(jìn)一步處理，包括數(shù)據(jù)編輯、屬性設(shè)定、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等，完成全部處理任務(wù)后保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中[5]。

2.5精度評(píng)估

精度評(píng)估包括兩方面內(nèi)容，一是空三加密精度評(píng)估，二是地形圖精度評(píng)估。將檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到空三模型中并評(píng)估模型精度，結(jié)果如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可知，該空三加密的平面中誤差與高程中誤差的實(shí)測(cè)值均在標(biāo)準(zhǔn)限值以內(nèi)，說(shuō)明成圖精度可靠，能夠滿足工程需要，驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在該水利工程測(cè)量中的應(yīng)用效果。

根據(jù)《數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》（GB/T18316—2008）中相關(guān)規(guī)定對(duì)本次測(cè)量所得1：500地形圖進(jìn)行檢查，同時(shí)參考外業(yè)檢查點(diǎn)對(duì)地形圖精度進(jìn)行評(píng)定。測(cè)區(qū)內(nèi)共有25個(gè)平面檢查點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)各個(gè)檢查點(diǎn)的精度。這里選取前5個(gè)檢查點(diǎn)，精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

由表3數(shù)據(jù)可知，平面檢查點(diǎn)誤差在0.02～0.06m之間，滿足比例尺1：500地形圖的精度要求。

3結(jié)語(yǔ)

本文使用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)某水利工程進(jìn)行測(cè)量，繪制了測(cè)區(qū)的空三模型和地形圖。精度檢測(cè)結(jié)果表明，無(wú)論是空三加密精度還是地形圖平面檢查點(diǎn)精度均符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值，證明在該工程中無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)得到了成功應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[5] 龔洲.基于航攝實(shí)景三維的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與穩(wěn)定性分析研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2024.