中小河流劃界中無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用思考

李鋒

【摘要】我國(guó)幅員遼闊，江河湖海眾多，對(duì)于水域的管護(hù)是維持我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)。在河湖管護(hù)中，針對(duì)中小河流管理和保護(hù)范圍的劃界工作，是其中的基礎(chǔ)性工作。而現(xiàn)今河道建設(shè)工程中，常用到的是1：1萬(wàn)的比例尺影像地圖，與CAD圖紙。這種常規(guī)的基礎(chǔ)性資料無(wú)法對(duì)中小河流管理與保護(hù)邊界進(jìn)行精確識(shí)別，也就無(wú)法將劃界工作落實(shí)到位，因此無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并在中小河流劃界中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，未來(lái)發(fā)展前景值得期待。

【關(guān)鍵詞】中小河流;劃界;無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù);應(yīng)用

我國(guó)河湖數(shù)量較多，且占地面積較大，因此河湖的管護(hù)工作就尤為重要。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度日漸提升，河湖管護(hù)工作的技術(shù)性也需要緊跟時(shí)代做出變革。這就需要立足于當(dāng)前數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展并推廣更新的河流劃界技術(shù)，也為無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提供了用武之地。

1、河湖劃界勘測(cè)業(yè)務(wù)簡(jiǎn)述

河湖劃界絕不只是單一的業(yè)務(wù)，在劃界之前一定要對(duì)實(shí)際的管理范圍加以確定，在測(cè)定的位置埋設(shè)界樁，用以明確邊界。河道管理范圍通常情況指在兩岸岸堤之間的水域、沙洲等等，而湖泊的管理范圍則是指護(hù)堤地和湖堤等等。中小河流的主要?jiǎng)澖绻ぷ饔?，收集并管理河湖、水利工程管理范圍比例尺，以及正射影像航拍圖（精度為0.3米）。然后是以地形圖當(dāng)作底圖，依靠高精度正攝像圖的支持，管理范圍圍線，在預(yù)先指定位置上，設(shè)置好布界址點(diǎn)。接著是測(cè)量河湖岸線和斷面，最后現(xiàn)場(chǎng)確立埋設(shè)界樁布設(shè)位置[1]。

目前河湖劃界的工作還處在不斷探索的階段，也無(wú)法提供相當(dāng)成熟的案例以供借鑒，因此這也在一定程度上，為河湖劃界的工作帶來(lái)了一定的困境。

2、無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)述

無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)，本質(zhì)上是新型的航空遙感技術(shù)，是在衛(wèi)星遙感之后發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，也是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的補(bǔ)充。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有，高效迅速、靈活機(jī)動(dòng)、作業(yè)投入成本低、效果直觀性強(qiáng)、適用范圍廣等等。前文說(shuō)過(guò)，中小河流劃界對(duì)于河湖管護(hù)具有非常重要的基礎(chǔ)性作用，其工作關(guān)鍵就是識(shí)別堤腳、土埂腳等起算線，應(yīng)用常規(guī)高分辨率衛(wèi)星遙感影像圖，往往無(wú)法有效識(shí)別。無(wú)人機(jī)可以通過(guò)超低空飛行的方式，對(duì)測(cè)量區(qū)的3D點(diǎn)云、立體像對(duì)和正射影像能力進(jìn)行獲取，這就在技術(shù)上為河道數(shù)字化管理提供了支持[2]。

3、無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)工程實(shí)施

3.1工程概況

本項(xiàng)目擬對(duì)福泉市皮隴河進(jìn)行劃界測(cè)量，測(cè)量范圍如圖1，河道長(zhǎng)度累計(jì)里程約31km，海拔在850～1200米地貌類型以山地為主，丘陵次之，壩地較少，因此無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)測(cè)量在其中起到非常重要的作用。

主要測(cè)繪內(nèi)容與要求： 測(cè)繪比例尺1∶2000;測(cè)繪范圍： 保護(hù)范圍線外擴(kuò)50m，平均帶寬220～300 m; 測(cè)繪重點(diǎn)： 堤防、岸線、縣鄉(xiāng)村權(quán)屬界線、道路、橋梁、坑塘、閘壩、提水閘、排水閘等; 其他要求： 界樁及公告牌圖上預(yù)布設(shè)，以及在堤防寬度變換處進(jìn)行橫斷面測(cè)量。

3.2總體技術(shù)路線

選取福泉市皮隴河段為案例，總體技術(shù)路線方案過(guò)程如圖3，首先調(diào)研試點(diǎn)河段的現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)航測(cè)范圍進(jìn)行確定;然后進(jìn)行航測(cè)外業(yè)以及布設(shè)像控的工作如圖2;計(jì)算內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)，獲取福泉市皮隴河段dom、dem數(shù)據(jù)，比例為1比2000;根據(jù)劃界依據(jù)，對(duì)該河段進(jìn)行緩沖分析，得到相應(yīng)邊界，然后通過(guò)EPS 虛擬攝影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行大比例尺地形圖立測(cè)采集與編輯，對(duì)護(hù)岸岸頂線、堤角線進(jìn)行繪制，最后之作保護(hù)區(qū)專題圖。

圖2 規(guī)劃航線及像控點(diǎn)布設(shè)? ?圖3無(wú)人機(jī)航測(cè)內(nèi)外業(yè)流程

3.3試點(diǎn)河段劃界形式

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94），《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）以及貴州省地方標(biāo)準(zhǔn)《河道管理范圍劃界技術(shù)規(guī)程》（征求意見(jiàn)稿），皮隴河河段4至5級(jí)地方構(gòu)筑物的護(hù)堤地寬度，通常為5至30米，保護(hù)范圍通常緊鄰護(hù)堤地邊界之外，為50至100米距離。根據(jù)當(dāng)?shù)卣块T(mén)指導(dǎo)意見(jiàn)，皮隴河管理范圍為堤腳構(gòu)筑物外延5米處，保護(hù)范圍為邊界外延50米?；诤影兜匚锏孛驳牟煌N類，河段劃界主要有四種類型[3]。

（1）有堤防河段。有堤防的河道，管理范圍是處在兩岸堤防之間的沙洲、灘地、水域和護(hù)堤地。護(hù)堤地應(yīng)當(dāng)以河道等級(jí)為依據(jù)，選擇河堤背水坡腳劃定5米寬度。

（2）有護(hù)岸河段，其管理范圍為有護(hù)岸、無(wú)堤防的河道，管理范圍會(huì)延伸到坡式護(hù)岸岸頂?shù)牡胤?其保護(hù)范圍為相連地域劃定50米的安全保護(hù)區(qū)。

（3）臨近房屋河段，其管理范圍為河岸（靠近房屋臨河一側(cè)），保護(hù)范圍為相連地域劃定50米安全保護(hù)區(qū)。

（4）有簡(jiǎn)易土埂河段，其管理范圍為自土埂背水側(cè)坡腳外延5米，保護(hù)范圍同樣為50米安全保護(hù)區(qū)，同河道管理范圍相連。

4、無(wú)人機(jī)航測(cè)作業(yè)結(jié)果分析

4.1航測(cè)作業(yè)結(jié)果

皮隴河試點(diǎn)河段的測(cè)量區(qū)，海拔850～1200米，航拍范圍對(duì)整個(gè)作業(yè)進(jìn)行了覆蓋，而且可以在一定程度上進(jìn)行拓寬。原始照片有0.05米的地面分辨率，具有500米的相對(duì)航高，像片重疊度為航向超過(guò)百分之80，旁向超過(guò)百分之70[4]。

像控點(diǎn)的初選位置以室內(nèi)設(shè)計(jì)書(shū)和像片條件為選取依據(jù)，制作出相應(yīng)的電子影像，再由RTK技術(shù)完成測(cè)量像控點(diǎn)的工作。像控點(diǎn)數(shù)為47個(gè)，利用內(nèi)業(yè)檢查對(duì)野外選點(diǎn)錯(cuò)誤情況和具有較大偏差的像控點(diǎn)進(jìn)行了排除，排除過(guò)后剩下了46個(gè)像控點(diǎn)，分布于河道兩側(cè)。通過(guò)處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)可得，最終的航測(cè)結(jié)果包含空三加密點(diǎn)云數(shù)據(jù)和1比2000比例尺正射影像圖。確定起算線的工作為河道劃界工作的核心，由空三加密點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建而來(lái)的3D點(diǎn)云場(chǎng)景，更好識(shí)別并繪制了坡式護(hù)岸岸頂。

4.2航測(cè)精度檢測(cè)

對(duì)全路線進(jìn)行抽樣檢測(cè)。檢測(cè)點(diǎn)密度： 平均1.1km檢測(cè)2個(gè)點(diǎn); 平面點(diǎn)位選擇在硬化路面斑馬線、河湖岸線或影像色差變換明顯的特征地物角點(diǎn)處，高程點(diǎn)盡量選擇在地勢(shì)平坦處，如堤頂?shù)缆坊驑蛄簬缀沃行奈恢?，注意避開(kāi)橋頭或高差突然變換、DEM 容易拉花變形的位置; 測(cè)量方法： 采用 GPS RTK 兩次測(cè)量，坐標(biāo)與高程差值均小于 2 cm 時(shí)取平均值作為最終檢測(cè)坐標(biāo)成果。共檢測(cè)平面特征點(diǎn) 65點(diǎn)，高程特征點(diǎn)65點(diǎn)（ 含平面特征點(diǎn)） 。