基于無人機的庫區基礎地理信息方案設計

李鳳立

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原030024）

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基于無人機的庫區基礎地理信息方案設計

李鳳立

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原030024）

【摘要】以庫區基礎地理信息數據的更新為出發點，設計了基于無人機低空數字攝影測量系統的工作方案，對作業基礎、技術路線和成果精度與質量控制分別做了詳細的闡述，對推進我國數字水利建設具有一定的現實意義。

【關鍵詞】無人機；數字水利；基礎地理信息；數據更新

目前，數字水利已被提出并付諸實踐。而大量的水庫也已建立了自己的專用GIS系統，用于對庫區的管理和安全預警。在這些工作中，數字攝影測量技術是獲取基礎地理信息數據的主要技術手段，其提供的數字地形圖（DLG）、數字正射影像（DOM）和數字高程模型（DEM）可直接應用于模擬建立庫區淹沒區的真實三維地面模型、疊加地形圖的關鍵點位的空間分析、基于DEM精確地測算出不同水位下的水庫庫容、庫區大壩災害預警三維可視化模擬等。針對這些目前的研究現狀和取得的階段性成果，本文設計了針對庫區基礎地理信息數據更新的無人機低空數字攝影測量工作方案，以期推動無人機技術在水利領域的應用向縱深發展，更快的實現我國水利工作的數字化。

1　技術路線

通過基礎控制測量、像片控制測量、解析空中三角測量、數據采集和編輯獲得數字線劃圖（DLG）、野外調繪、數字高程模型（DEM）生成、數字正射影像（DOM）制作、成果驗收等，最終獲得庫區的DLG、DEM和DOM，完成庫區基礎地理信息數據更新。

1.1像片控制測量

像控點布設按每條航線3～4條基線布設一對點，所布設的像控點點位能有效控制住成圖范圍，并且在測段接頭處無漏洞。

像控點測量采用山西省測繪局建立的山西省連續運行基準網（CORS網）。CROS點采用南方靈銳S86 RTK接收機作為CORS站用戶子系統進行觀測，所用接收機都經過檢校合格。儀器設置情況是：動態、高度截止角15°、采樣間隔15″；在鎖定衛星4顆以上、PDOP值不大于5、衛星幾何圖形強度≤6，限差均滿足規范要求。測量CROS點及水庫原有高程點BM時，采用三角架對中、整平進行觀測。數據采集結束后，格式整理為WGS84大地坐標BLH后，由山西省測繪局數據處理中心轉換為1980西安坐標系和1985年高程基準。

1.2解析空中三角測量

解析空中三角測量采用全數字攝影測量工作站完成，經過像點連接、像控點量測、平差計算等過程，自動完成空三加密和DOM的生成。對像控點量測完后進行最終的平差解算，首先將物方標準方差權減小，進行粗差的消除，然后逐步提高物方權重，確保粗差被全部探測出來。最后設定合適的權值平差，輸出空三結果。

1.3外業調繪

使用航空影像,利用自由網空三成果，匹配生成DEM；利用DEM生成DOM，按照標準分幅，打印成圖供野外調繪使用。空三加密時一般采用加入外業高程散點的方式來提高空三加密的高程精度。而DLG、DEM和DOM作業時也會利用外業檢查點來檢查成果精度，并將部分外業檢查點根據地形圖圖面需求當作高程點上圖。

1.4數據采集與編輯

立體采集使用全數字攝影測量工作站完成。模型定向采用空三自動恢復模型進行立體測圖，減少二次誤差，提高立體測圖精度。地物、地貌要素的采集按編碼分層進行，分類碼執行GB/T 13989-92《國家基本比例尺地形圖和編號》。

采集作業前對空三精度進行檢查。利用像控點進行檢測，在精度滿足作業時才進行作業。采集時對外業施測的檢查點進行檢查，誤差超限點經外業核實、解決。部分外業檢查點用于圖面高程注記點。高程注記點一般選在明顯地物點或地形點上，等高線注記合理。

圖形編輯在南方CASS8.0軟件平臺上完成，主要編輯工作如下：

1）首先將工作站采集的圖形數據轉換成CAD數據（*.dwg）文件；2）進行圖層、顏色、線型及線寬等的處理；3）進行點線矛盾的處理；4）進行圖面的整理：主要體現在等高線協調性、與地物關系處理及地物與地物之間關系的處理；5）線的連續、道路末端用地類界封閉；6）編輯整理后作業員進行自校和接邊檢查，注意接邊處地物、地貌的性質和類別的一致性，并套合DOM進行了丟漏檢查；7）數據進行接邊處理。

1.5 DEM生成

DEM生成采用相應的專業軟件生成，保證精度和DLG數據一致。其基本的作業流程是：1）收集DLG的三維數據，轉換成DXF格式；2）利用專業軟件進行內插并轉換生成DEM；3）使用裁剪功能對生成的DEM數據進行標準分幅裁切，生成為標準圖幅的*.grd格式數據。

1.6 DOM制作

利用DEM成果數據，引入專業軟件生成正射影像。對生成后的單片正射影像圖套合DLG數據進行了精度檢查并確認修改。

單片正射影像通過軟件進行勻光、鑲嵌、裁圖工作，生成單幅DOM數據；在Photoshop及Global Mapper軟件里進行檢查、編輯主要檢查影像的模糊、重影、變形、云影、劃痕、圖面局部及總體色調等方面。

2　成果精度與質量控制

2.1地形圖精度

1）平面精度檢查。平面精度檢查使用GPSRTK和全站儀兩種方法進行，對庫區內的地形要素進行抽樣采集，并和地形圖上相應要素的平面成果進行比較，從而獲得地形圖平面精度。

2）高程精度檢查。高程精度檢查也采用GPS-RTK和全站儀兩種方法進行，對庫區內的地形要素進行抽樣，并和地形圖上相應要素的高程結果比較，從而獲得地形圖高程精度。

2.2質量控制

成果、成圖的檢查實行兩級級檢查一級驗收制。兩級檢查主要是對中間過程成果進行檢查，一級驗收是對最終成果、成圖進行驗收。

地形圖檢查：作業員首先自查、互查后，由作業單位進行檢查，檢查通過后交付質檢部門根據圖式、規范進行圖面的檢查。

DEM與DOM精度檢查：對于DEM與DOM的精度控制主要依據數字測繪產品成果要求，利用數據采集編輯好的地形圖成果對生成的DEM數據和制作的DOM成果進行精度檢查，將地形圖上的點、線與DEM、DOM數據進行套合檢查。DEM主要檢查是否有高程異常點、接邊是否完好。DOM主要檢查影像與地形圖的套合精度、影像顏色過渡是否自然、反差是否適中。對于有問題的圖幅第一時間反饋給作業區間進行修改。

3　結語

基礎地理信息數據是水利工程設計與建設、庫區大壩管理信息系統、水害災情分析與預警系統等工作的基礎，傳統的獲取方式主要是通過地面測量獲得地形圖，進而利用地形圖數字化構建DEM。無人機的推出，解決了大飛機難以進行小區域測繪的尷尬，迅速成為小范圍、高效率、低成本數字化測繪的主要技術手段，并能提供完整的數字化測繪成果（DLG、DOM、DEM、三維可視化）。本文針對水庫基礎地理信息數據更新所設計的無人機航測方案，具有一定的實用價值，對拓寬無人機低空數字攝影測量系統的應用領域也具有重要意義。

（責任編輯遲明春）

作者簡介：李鳳立（1979—），男，工程師

收稿日期：2015-03-27

【中圖分類號】P231

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2016）-01-0032-02