水利橋閘除險(xiǎn)加固工程中無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用

周琦

湖南省瑞大工程建設(shè)有限公司 湖南長沙 410000

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是集中數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)應(yīng)用三個(gè)方面為一體的高新綜合技術(shù)，在水利水電工程中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在橋閘等危險(xiǎn)處除險(xiǎn)加固中應(yīng)用及其廣泛。在從事水電行業(yè)的人員來說，對操作無人機(jī)技術(shù)方面不夠?qū)I(yè)，再加上水電工程區(qū)比較復(fù)雜的地理?xiàng)l件，對水利工程的檢修加固是一個(gè)工作量及其龐大的檢查工作。更重要的是在檢修加固的過程中對地形的不熟悉，由人工對龐大的橋閘進(jìn)行巡視檢查，是一個(gè)及其重要并且強(qiáng)大的工程，只是用人力對橋閘進(jìn)行巡視，不僅浪費(fèi)人力，而且耗費(fèi)的時(shí)間也比較長，效率低下，在橋閘的加固方面使用傾斜攝影無人機(jī)技術(shù)，將會大大減少人力物力的浪費(fèi)，還能夠大大增加工作效率?，F(xiàn)在傾斜攝影技術(shù)在水利工程方面的應(yīng)用主要是在測繪方向上，在橋閘的除險(xiǎn)加固上應(yīng)用較少，現(xiàn)在的無人機(jī)技術(shù)逐漸的成熟，并且在很多行業(yè)中都在應(yīng)用無人機(jī)，現(xiàn)在的無人機(jī)也逐漸趨向智能化、小型化。

1 傾斜攝影概述

傾斜攝影技術(shù)是近些年來在國際測繪領(lǐng)域快速發(fā)展的一種新型高新技術(shù)。這種技術(shù)的應(yīng)用，逐步改變了舊的航空攝影使用單一相機(jī)僅限于垂直拍攝地面物體的局限性，傾斜攝影技術(shù)可以同時(shí)從多個(gè)方位垂直、側(cè)面和前面后面等多個(gè)角度進(jìn)行采集畫面，能夠更加準(zhǔn)確無誤的獲取到信息。

傾斜影像技術(shù)減少了傳統(tǒng)航空影像技術(shù)的遮擋盲區(qū)嚴(yán)重、缺少立體面技術(shù)的兩大缺陷，傾斜影像技術(shù)的使用，為建筑物的外圍建筑尺寸的識別并能夠提供大量的光譜、紋理形狀和上下層的分析。傾斜攝影技術(shù)還聯(lián)合平差技術(shù)、密集匹配、數(shù)字表面模型的形成、高密波融合等多種技術(shù)進(jìn)行融合，這些技術(shù)的完美融合，大大提升了傾斜攝影技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用效果，在現(xiàn)代各行業(yè)中占有越來越重要的地位[1]。

傾斜攝影技術(shù)和無人機(jī)的結(jié)合使用也是一個(gè)重要突破，無人機(jī)遙控系統(tǒng)基本是由飛行器系統(tǒng)、監(jiān)測和信息傳遞系統(tǒng)、信息獲取和處理系統(tǒng)、地面保障系統(tǒng)四個(gè)方面組成。同時(shí)再結(jié)合POS技術(shù)、DSM和矢量等數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)和畫面進(jìn)行三維化，后期人們將傾斜攝影機(jī)采集的數(shù)據(jù)和畫面進(jìn)行后期處理，這就得到了采集建筑物的三位模型。隨著傾斜攝影技術(shù)的不斷發(fā)展，以傾斜攝影技術(shù)為基礎(chǔ)衍生了很多其他技術(shù)，其衍生技術(shù)可以根據(jù)照片、視頻等多種現(xiàn)有的數(shù)據(jù)還原出和實(shí)際現(xiàn)場環(huán)境相同的實(shí)景模型，大大提高了一些行業(yè)的工作效率。無人機(jī)傾斜技術(shù)大概有以下幾方面的基本特點(diǎn)：

（1）能夠完全反應(yīng)地面的真實(shí)原貌。和傳統(tǒng)的攝影技術(shù)相比較，傾斜攝影技術(shù)的使用能夠多角度的觀察地面或者特定建筑物，并且采集的圖像更加的清晰可靠，最大程度的還原了目標(biāo)建筑物的真實(shí)情況。

（2）測量的數(shù)據(jù)可以和實(shí)物等比例縮小，構(gòu)建實(shí)物模型。隨著傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展，人們在后期對其加大開發(fā)和應(yīng)用，使用在可以直接對目標(biāo)物進(jìn)行外圍數(shù)據(jù)的測量，如高度、長度、寬度、占地面積、坡度、傾斜度等等。

（3）對于目標(biāo)建筑物的側(cè)面紋理采集。傾斜攝影能夠大規(guī)模的成圖，大批量的粘貼紋理，在對目標(biāo)物進(jìn)行采集時(shí)效率高，減少大量的勞動力，明顯有效的降低了城市三維圖的建模成本。

（4）數(shù)據(jù)量小便于傳輸發(fā)布。傾斜攝影技術(shù)成像與龐大的GIS數(shù)據(jù)相比，有著數(shù)據(jù)量小，成像快的特點(diǎn)，能夠快速成像便于網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，實(shí)現(xiàn)資源共享。

（5）效率高。傾斜攝影技術(shù)大多都是借助各種各樣的風(fēng)行載體進(jìn)行工作，飛行載體靈活可靠，攜帶方便，能夠很快的多目標(biāo)物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)街贫ㄎ恢?，后期人工整理或者全自動化處理，快速可靠的形成三維建模。

2 水利工程險(xiǎn)情的分析

2.1 水閘險(xiǎn)情

水閘險(xiǎn)情大致分為兩種：一種是在大型船舶通過橋閘時(shí)由于操作失誤撞擊大橋的橋墩，被撞擊的橋墩鋼筋會暴露在空氣中，長時(shí)間暴露在空氣中，遭受陽光暴曬，水的浸泡，久而久之鋼筋就會被腐蝕掉，大大降低橋墩的強(qiáng)度，還會削弱橋墩的防水性能。另一種是在長時(shí)間的運(yùn)行閘門后，水中會有大量的雜物和一些帶腐蝕性的物品進(jìn)入閘室當(dāng)中，并卡在水閘之中，大大降低了水閘的密封性，長時(shí)間如此會導(dǎo)致水閘密封不嚴(yán)，關(guān)閉水閘后還會出現(xiàn)滲水的現(xiàn)象[2]。

2.2 護(hù)岸墻體的破壞

大型的水利站開閘防水時(shí)水流沖擊非常大，并且在水流中還夾雜著許多的泥沙或者其他雜物，在水流急速流動或者水從高處俯沖向下流的時(shí)候非常容易對護(hù)岸兩側(cè)的墻體造成較大的破壞，長時(shí)間如此的破壞，極有可能會使兩側(cè)的墻體坍塌。尤其是在堤壩這種重要位置，沒有了兩側(cè)護(hù)岸的保護(hù)，堤壩的抵抗能力就會大大的削弱，進(jìn)而產(chǎn)生一些其他的問題，像水分大量的滲漏擴(kuò)散、穩(wěn)定性降低等一些問題，嚴(yán)重時(shí)還會發(fā)生險(xiǎn)情。

2.3 土壩問題

我國的水利工程一般都是跨度比較長、規(guī)模較大，這種工程中土壩的占有相當(dāng)大的比例，但是如果土壩長期運(yùn)行會導(dǎo)致很多的問題，問題大致分為幾個(gè)方面：其一是土壩的內(nèi)脫皮問題，由于是土壩，在被水長時(shí)間的浸泡之后，非常容易導(dǎo)致土壩與水的接觸處建筑物松軟，如果不進(jìn)行及時(shí)的加固和防滲透處理，就會出現(xiàn)松動開裂的危險(xiǎn)，嚴(yán)重的會出現(xiàn)脫坡；其二就是散浸現(xiàn)象，在土壩的坡度過于陡峭或者土壩的上方過于單薄時(shí)，土壩長期在江水的侵蝕情況下，土壩的強(qiáng)度和硬度都會受到一定的削弱，從而會出現(xiàn)散浸的現(xiàn)象。其三是土壩的滲漏。土壩的滲漏與多種原因有關(guān)，土壩的長期運(yùn)行和不及時(shí)加固都會導(dǎo)致土壩的滲漏現(xiàn)像的發(fā)生，也和施工過程中沒有能夠嚴(yán)格控制質(zhì)量有關(guān)，導(dǎo)致堤壩密封性變差，導(dǎo)致出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

3 傾斜攝影技術(shù)在水利加固中的應(yīng)用

3.1 靈活性

傾斜攝影技術(shù)和無人機(jī)的綜合應(yīng)用，能夠?qū)烧叩膬?yōu)點(diǎn)最大限度的發(fā)揮出來，無人機(jī)體積小，靈活度高，再加上傾斜攝影技術(shù)的全方位數(shù)據(jù)采集，通過使用無人機(jī)能夠在不同的角度，不同的高度拍攝堤壩的畫面，并將采集數(shù)據(jù)傳回?cái)?shù)據(jù)庫，在我國跨度較長，規(guī)模較大的水利工程中使用無人機(jī)是再合適不過的選擇，如果人工對堤壩進(jìn)行巡視檢查，會浪費(fèi)大量的人力物力，而且效率還低下，巡視一圈將會耗費(fèi)大量的時(shí)間，效率太過于低，而且人工巡查極易忽視一些細(xì)節(jié)問題，不能夠及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)問題。

3.2 真實(shí)反映原貌

在土壩的除險(xiǎn)加固中，利用傾斜攝影技術(shù)，可以最大程度的真實(shí)采集堤壩和橋閘的數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦こ處熓种?。傾斜攝影能夠真實(shí)的反映拍攝物周邊的情況，并且還能夠從多個(gè)角度觀察堤壩和橋閘的真實(shí)情況，而且掃描效率高，能夠快速的掃描成像，快效率的巡查，能夠?yàn)轭A(yù)防橋閘堤壩險(xiǎn)情的發(fā)生提供充足的時(shí)間。

3.3 多功能性

在堤壩險(xiǎn)情的巡查過程中，需要對堤壩和橋閘進(jìn)行全方位的巡查。傾斜攝影技術(shù)和其他技術(shù)軟件組合一起應(yīng)用，還能夠?qū)Φ虊魏蜆蜷l的高度、面積、角度、坡度等數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，還能夠結(jié)合一些土壤測試儀器和硬度測攝儀，能夠?qū)Φ虊瓮寥肋M(jìn)行成分分析，還可以測試現(xiàn)在堤壩的硬度，生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，來查找哪些數(shù)據(jù)有問題，并做出標(biāo)記，來引起工程師的注意，及時(shí)做出應(yīng)對方案[3]。

3.4 堤壩模型的構(gòu)建

傾斜攝影技術(shù)和其他技術(shù)的組合應(yīng)用，對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集，還可以對堤壩橋閘的表面紋理進(jìn)行采集，通過數(shù)據(jù)和表面紋理的相組合，再通過相應(yīng)軟件整理，可以構(gòu)建出現(xiàn)在堤壩和橋閘的三維模型，工程師可以通過對三維模型的觀察，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的找出堤壩橋閘現(xiàn)存的問題，及時(shí)地做出合理有效地解決方案。

3.5 安全有效

與傳統(tǒng)的人工對堤壩和橋閘的巡查相比，傾斜攝影技術(shù)更加的方便有效。傾斜攝影技術(shù)不需要太多的人力，只需要操作員操作無人機(jī)到指定的尋察區(qū)域，只要在無線遙控信號的接受范圍內(nèi)，操作人員即可操作無人機(jī)進(jìn)行巡查，巡查時(shí)傾斜攝影技術(shù)能夠進(jìn)行智能分析，邊巡查邊與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，在發(fā)現(xiàn)問題后對操作員提出警示，并對指定區(qū)域進(jìn)行仔細(xì)的掃描。并且無人機(jī)工作效率高，小巧靈活，巡查方便。

4 結(jié)語

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，能夠真實(shí)快速的反映出巡查時(shí)的情況，還能組合成三維模型，便于觀察。而且大大減少對勞動力的使用，降低了人工巡查的危險(xiǎn)性。并且無人機(jī)巡查工作效率高，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存的隱患，及時(shí)的做出合理解決方案。