水電工程測繪中無人機低空攝影測量技術(shù)應(yīng)用

付海軍（遼寧省攝影測量與遙感院，沈陽110000）

水電工程測繪中無人機低空攝影測量技術(shù)應(yīng)用

付海軍
（遼寧省攝影測量與遙感院，沈陽110000）

無人機低空攝影技術(shù)在水電工程測繪中的應(yīng)用進一步提升了水電工程測繪的準確性和高效性，為我國水電工程測繪的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。為進一步優(yōu)化無人機低空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用效果，深化其應(yīng)用價值，論文分析了水電工程測繪中無人機低空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，為我國無人機低空攝影測量技術(shù)質(zhì)量的提升和技術(shù)的革新貢獻微薄之力。

水電工程；工程測繪；無人機低空攝影；測量技術(shù)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.180

1 引言

近幾年，隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的逐漸調(diào)整，國家逐漸增加水電工程的建設(shè)資金，在其技術(shù)手段研發(fā)上也拓展了研究范圍。無人機低空攝影測量技術(shù)的成熟應(yīng)用從技術(shù)和專業(yè)層次上標(biāo)志著我國無人機測量技術(shù)革命的成功，是我國綜合國力提升的一種表現(xiàn)[1]。無人機低空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化了傳統(tǒng)航拍測量技術(shù)的缺陷，為工程測量技術(shù)做出了重要的貢獻。

2 無人機低空攝影測量技術(shù)

無人機低空攝影測量技術(shù)系統(tǒng)包括空中攝影系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3個部分?？罩袛z影系統(tǒng)主要包含飛行平臺、數(shù)碼相機和自動駕駛儀組成，用來完成空中測量攝影工作；地面控制系統(tǒng)主要是由地面運輸、無人機地面控制和數(shù)據(jù)接收與交換組成，用來完成無人機控制、數(shù)據(jù)信號接收工作；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要包括航線設(shè)計、影響質(zhì)量檢查和數(shù)據(jù)后處理軟件組成，用來完成攝影測量工作前期航線制定和后期數(shù)據(jù)處理工作[2]。無人機低空攝影測量技術(shù)的工作流程為：測量區(qū)域航線規(guī)劃—控制無人機按照航線進行拍攝作業(yè)—存儲拍攝數(shù)據(jù)—與地面控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換處理—飛行任務(wù)結(jié)束無人機降落—根據(jù)數(shù)據(jù)資料選擇是否進行補拍—完成無人機低空攝影測量。

3 無人機低空攝影測量技術(shù)在水電工程測繪中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用流程

準備階段：（1）確定水電工程測繪中的項目需求，從而選擇合理的無人機低空攝影設(shè)備的型號；（2）進行水電工程測繪項目整體資料的搜集和調(diào)整；（3）進行水電工程測繪項目航線設(shè)計、現(xiàn)場勘查和飛機檢查工作，從而為測量做好前期準備[3]。

外業(yè)實施階段：（1）進行低空數(shù)碼航拍的設(shè)定和處理，從而進行現(xiàn)場無人機的技術(shù)處理和測量，實現(xiàn)無人機低空攝影測量；（2）進行現(xiàn)場測量質(zhì)量的檢查，在檢查過程中如果發(fā)現(xiàn)存在攝影漏洞，需要進一步根據(jù)現(xiàn)場的地形重新進行航線設(shè)計，重新開始低空數(shù)碼航拍工作；如果沒有漏洞，則可以按照原始的航拍路線進行技術(shù)處理，完成拼接輔助工作；（3）按照獲取影像設(shè)計像控點的分布，并完成像控點的測量和記錄，在此過程中，根據(jù)畸變差修正后的影像資料對像控點進行測量并修正記錄，完整準確的外業(yè)測量記錄，為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理奠定基礎(chǔ)[4]。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理階段：（1）實現(xiàn)自動空中測量數(shù)據(jù)加密，完成測量數(shù)據(jù)的加密保護；（2）DEM和DOM數(shù)據(jù)生成處理，利用技術(shù)手段和數(shù)據(jù)處理手段實現(xiàn)基本數(shù)據(jù)模型的生成；（3）對DEM（數(shù)字高程模型）和DOM（數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)集）數(shù)據(jù)生成的結(jié)果進行成果質(zhì)量檢測，保障數(shù)據(jù)輸出的真實性，輸出DEM和DOM成果，隨后，完成DLG（數(shù)字規(guī)劃地圖）制作，輸出DLG成果；（4）對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的整個過程資料進行整理和檢查，完成成果的提交。

3.2 無人機低空攝影測量技術(shù)測量案例分析

3.2.1 工程概述

本次案例選擇某水電站的測量，該水電站海拔為1900m，最大高差在300m，測試區(qū)域的整體面積為5.39km2，對其進行DOM、DEM和DLG數(shù)據(jù)繪制。

3.2.2 準備階段

準備階段需要進行的工作包括以下內(nèi)容。（1）對測試區(qū)域內(nèi)的無人機低空攝影測量選擇測量設(shè)備。本次測量選擇的衛(wèi)星固定翼為人機搭載佳能EOS450D單反相機，用來進行航拍測量。（2）航拍路線的選擇設(shè)計。本次航拍中選擇的航拍設(shè)備中具有微型無人機低空遙感系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)攝影區(qū)域內(nèi)的地理情況，場地情況，攝影分辨率情況，航拍攝重疊指標(biāo)等進行自動路線設(shè)定，共計布置11條航拍路線，進行為人機低空攝影測量。

3.2.3 外業(yè)階段

外業(yè)階段需要進行的工作包括以下內(nèi)容。（1）實現(xiàn)像控點的布置。無人機低空攝影測量傳感器的種類多樣，像控點的密度需要根據(jù)航拍控制點基線數(shù)跨度進行公式的估算。本次實驗測量中確定最終航向和旁向方案為航向5～8條基線布設(shè)，西側(cè)水庫邊緣適當(dāng)降低航向條數(shù)，確定為4條。旁向整個測試區(qū)域內(nèi)平緩區(qū)設(shè)置1個，區(qū)域起伏相對較大的區(qū)域設(shè)定隨航帶布置。（2）實現(xiàn)航飛數(shù)據(jù)檢測?；韭肪€確定后，進行航飛拍攝，并及時對航拍攝影影像進行拍攝處理，基于POS數(shù)據(jù)對其進行飛行質(zhì)量評估，從而檢查基礎(chǔ)航拍數(shù)據(jù)，確定航拍的真實性。（3）進行畸形數(shù)據(jù)更改。相對量測型航拍攝儀在其技術(shù)處理的過程中需要借助空中三角測量的方式進行畸形差的改正，其詳細的更改計算方式見式（1）：

式中，x、y為像點坐標(biāo)；x0、y0為主點坐標(biāo)；k1為徑向畸變系數(shù)；p1、p2為切向畸變系數(shù)；α為CCD像素的非正方形比例系數(shù)；β為CCD陣列排列非正交性畸變系數(shù)；r為測量半徑。

根據(jù)3個實際測試區(qū)對其進行數(shù)據(jù)試驗結(jié)果的確定，根據(jù)原始影響的單文件畸變結(jié)果進行糾正文件參與平差結(jié)果優(yōu)化，實現(xiàn)對測量原始影像數(shù)據(jù)附加參數(shù)光束法處理，計算方式見式（2）：

式中，x、y為以像主點為原點的像平面坐標(biāo)；X、Y、Z為物點的地面坐標(biāo)；Xs、Ys、Zs為外方位線元素；a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3為外方位角元素表示的方向余弦；f為相機主距。

根據(jù)式（1）和式（2）進一步對無人機低空攝影測量技術(shù)的測量數(shù)據(jù)修正和加密，從而實現(xiàn)空中三角測量加密，保護水電工程測量的數(shù)據(jù)的保密性。

3.2.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理階段

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理階段的包括工作內(nèi)容。（1）實施DLG制作，在內(nèi)業(yè)制作上采用航天遠景特征采集平臺測定，根據(jù)外業(yè)數(shù)字基本采集的高線進行地物的繪制，實現(xiàn)數(shù)字線劃圖采編一體化處理。將外業(yè)調(diào)繪的照片進行仔細繪制，進行實物的標(biāo)記，采集高程點作為地形控制點，概括等高線，導(dǎo)入CAD中進行編輯和圖層轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)DLG制作。（2）進行DEM和DOM制作。自動空間三角測量完成借助Map Matrix4平臺通過自動匹配生產(chǎn)測區(qū)DEM。根據(jù)編輯的高精度DEM，可以對影像進行幾何糾正，在航天遠景EPT平臺下通過鑲嵌線自動搜索和人工編輯，并進行適當(dāng)?shù)纳{(diào)均衡處理，自動鑲嵌處理成全區(qū)正射影像。對全區(qū)DOM進行圖廓整飾和圖面注記可制作正射影像掛圖，實現(xiàn)DEM和DOM繪制。

4 總結(jié)

水電工程測繪中無人機低空攝影測量技術(shù)應(yīng)用在其技術(shù)上實現(xiàn)了智能化、科技化處理，為我國水電工程測繪技術(shù)的改進奠定了基礎(chǔ)，其應(yīng)用具有重要的實踐意義和工程價值。

【1】楊俊成.低空攝影測量在水利工程中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016,1(5):151-153.

【2】王光彥，姚堅，李登富，等.低空無人機遙感在水利工程測繪中的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2016,5(4):113-115.

【3】王洛飛.無人機低空攝影測量在城市測繪保障中的應(yīng)用前景[J].測繪與空間地理信息，2014，2(7):217-219.

【4】張敏峽，范高林，范東林.基于無人機低空攝影測量技術(shù)的露天礦山開采監(jiān)測研究[J].世界有色金屬，2016,17(7):73-74.

Application of UAV Low Altitude Photogrammetry Technology in Surveying and Mapping of Hydropower Engineering

FU Hai-jun
(Liaoning Province Photogrammetry and Remote Sensing Institute,Shenyang110000,China)

UAV low altitude photography technology in the application of hydropower engineering surveying and mapping further enhancesthe accuracy and efficiency of hydropower engineering surveying and mapping, for the development of China's hydropower project lays thefoundation of development . In order to further optimize the application effect of UAV low altitude photogrammetry technology, deepen itsapplication value, this paper analyzes the application of low altitude photogrammetry technology in hydropower engineering surveying andmapping. It has improve the quality of low altitude photogrammetry technology and the make a contribution to technology innovation.

water and electricity engineering; engineering surveying and mapping;UAV low altitude photography;measurement technology

TU198+.3

B

1007-9467（2016）12-0191-03

2016-10-29

付海軍（1974～），男，遼寧沈陽人，高級工程師，從事工程測量與航測遙感技術(shù)研究。