無人機航空攝影測量技術在西營水庫清淤中的應用

□ 司江民

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

0.前言

無人機航測是傳統航空攝影測量技術基礎上發展起來的一項新技術，具有機動靈活、快速高效、精細準確、成本低廉、適用范圍廣、生產周期短等優點，在小區域、人工測量困難地區（如潮濕的庫區）快速獲取高質量的影像數據具有明顯優勢，無人機航拍可廣泛應用于國家重大工程建設、災害應急與處理、國土監察、資源開發、新農村和小城鎮建設等方面。

水庫清淤前需要準確得到水下地形圖來計算清淤量，通過水庫剛建成所測繪的大比例尺地形三維數據和清淤前所測繪的地形三維數據采用特定的算法求出所要清理的泥沙方量。傳統的水下地形測量表現出測量工期長、投資高、技術難度大、精度低、危險性大等缺點。通過采用低空無人機攝影技術來完成水庫水下地形圖的測繪并利用高分辨率DEM計算清淤量，顯著提高測繪效益。

1.庫區無人機攝影測量

在泥濘庫區采用無人機低空攝影測量，快速獲取庫底地形基礎地理數據，為制作庫區正射影像圖、數字地面模型或基于影像的數字線劃地形圖提供最簡捷、最可靠、最直觀的數據，為計算土方量提供曲面基礎數據，并且數據量大、成果現勢性強、精度高。無人機具有靈活機動的特點、受地形氣候的影響較小，大大地減少了野外測量的工作，既提高了工作效率又保障了人員的安全。

2.實例應用

根據西營河水利管理處的委托，甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司承擔了甘肅省武威市西營水庫水下地形圖的測繪以及清淤量的計算工作。按照1∶500地形圖的技術要求，該院航測室對庫區水下地形圖進行了無人機航空攝影測量。

2.1 測區概況

西營水庫位于甘肅省武威市西南大約40km的西營河四溝咀，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電的中型水庫，總庫容2.35×107m3。

2.2 技術依據

GB/T6962-20051∶5001∶20001∶2000地形圖航空攝影規范。

GB/T14950-2009攝影測量與遙感術語。

CH/Z3004-2010低空數字航空攝影測量外業規范。

CH/T3006-2011數字航空攝影測量控制測量規范。

2.3 航測儀及航拍參數選擇

本次航拍采用的無人機為飛馬F1000，相機為索尼α5100數碼相機，傳感器尺寸APS-C 23.5mm×15.6mm，有效像素2430萬。本次航攝焦距20.43mm，相對高度562m，航向重疊75%，旁向重疊65%，航片分辨率0.05m。

2.4 航拍作業流程

具體航拍作業流程見圖1。

圖1 航拍作業流程

2.5 航線及像控點的布設方法

本測區總共布設了12條航帶，由于受到風向的影響，航線方向平行于庫區縱向。像控點布設在航向及旁向6片或5片重疊范圍內，所布設的像控點盡量能公用，點位距像片邊緣大于150像素?？刂泣c平面精度對基礎控制點平面位置中誤差不超過地物點位置中誤差的0.2倍，高程不超過基本等高距的1/10，通過換算可知控制點平高精度為±0.1m。由于庫區是泥濘環境，不宜布設像控點，因此像控點布設在水庫岸邊及兩邊的公路旁，總共布設了18個像控點。

2.6 空中三角測量

是根據少量的野外控制點進行立體攝影測量，在室內進行控制點加密，求得加密點的精確的平面和高程位置的測量方法。其主要目的是為缺少野外控制點的攝影區域測圖提供絕對定向的控制點（加密點）。本次內業加密采用的軟件為PIX4Dmapper。整個加密過程采用該匹配軟件進行，自動化程度高，并且精度可靠。通過PIX4Dmapper軟件自動空三解算原始影像外方位元素。利用PIX4UAV的技術和區域網平差技術，自動校準影像。軟件自動生成精度報告，可以快速和正確地評估結果的質量。提供了詳細的、定量化的自動空三、區域網平差和地面控制點的精度。

軟件操作流程為:

圖2 數字表面模型

2.7 內業測圖及成果檢查

內業測圖的基本流程為：資料準備、像對定向、立體測圖、外業調繪和補測、圖形編輯與接邊、質量檢查等步驟。

2.8 利用DEM計算土方量實例分析

工程土方量的計算方法通常有斷面法、方格網法、等高線法、DEM法等。本次工程得到了格網的DEM,數據量龐大，構建的模型更加貼合實際地形，因此選擇DEM法計算土方量則精度更高，成果更據可靠性。

（1）原始數據準備（原始影像、POS數據、像控點數據）。

（2）建立工程并導入數據（工程存放文件夾及工程名為數字或者字母，不可用漢字）。

（3）快速處理檢查（生成快速檢查質量報告，主要包括檢查影像重疊度、彎曲度、傾斜是否滿足要求，是否有漏片現象、相機信息是否正確）。

（4）加入控制點（選擇合適的坐標系統并進行像片控制點轉刺，刺點精度滿足規范要求）。

（5）全自動處理（數字表面模型如圖2所示、數字正射影像如圖3所示）。

（6）質量報告分析

圖3 數字正射影像

此次我們在庫區DEM中選取200m×200m的范圍，設計高程值2020m，用于計算該區域的土方量。首先在ArcGIS中選取土方量計算區域，再使用土方計算功能，得到目標區域的土方量。通過分析我們發現，該土地平整工程的范圍約為40000m2，目標區域內的所有點高程均大于設計高程2020m，需要挖方152833.54m3。

3.結束語

通過對無人機低空航空攝影測量技術在水下地形圖的測繪以及后期利用高分辨率DEM計算土方量的研究，無人機測量技術在快速獲得高分辨率DEM及正射影像方面突顯出很大的優勢。相比較傳統測量方式，在庫區采用無人機測量技術，外業工作量銳減，縮短了工期，既節省了成本，又保障了人員安全，大大提高了工作效率。同時，利用高分辨率DEM計算土方量，其計算精度較傳統的斷面法、等高線法更高、更可靠，比傳統的方格網法數據量更豐富，成果更具真實性。

參考文獻：

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