無人機航測技術在水利信息采集中的應用

樊灝 邢立文 樊漓

摘 ? 要：隨著無人機技術的發展，無人機技術應用領域日益廣泛，取得了良好的應用成果。在水利工程信息采集中，無人機航測技術具有成本低、效率高、操作安全等應用優勢，有效改善了傳統水利工程信息采集效率低下的問題，提高信息采集信息的準確性。本文介紹了無人機航測技術概念，分析了無人機航測在水利信息采集中的應用流程，以期促進無人機航測技術應用與推廣，提高水利信息采集效率與質量要。

關鍵詞：無人機 ?航測技術 ?水利工程 ?信息采集

中圖分類號：P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0026-02

近年來，隨著我國大力發展水利工程建設，尤其是針對抗旱性水利工程項目建設速度顯著加快，而水利工程建設不可避免地涉及征地移民、淹沒范圍測量等問題，對水利信息采集精度、效率要求不斷提高。然而，由于水利基礎建設面臨涉及范圍廣、信息采集量大等現實問題，依靠傳統的人工測量難以滿足現階段工程建設需求。無人機技術的出現與發展，有效改善了水利信息采集的問題。無人機航測技術具有成本低、操作簡單、安全性高等特點，在局部水利信息采集中具有顯著應用優勢。因此，深入研究無人機航測技術在水利信息采集中的應用具有重要的意義。

1 ?無人機航測技術概念

無人機航測技術是傳統航拍航測手段的有效補充，主要由硬件和軟件系統組成，硬件系統包括無人機擠在系統和地面監控系統。軟件系統主要為航線設計、飛行控制、遠程監控和航測數據預處理等。相較于傳統航拍航測技術，無人機航測具有機動靈活、高校快速、精細準確、成本低、適用范圍廣等特點，尤其適用于小區域、飛行困難地區的信息采集。隨著無人機與數碼相機技術的融合，基于無人機平臺的信息采集技術顯示出獨特的應用優勢，使無人機航測成為航空遙感領域的重要發展方向，可廣泛應用于重大項目建設、自然災害應急與處理、國土監察和資源開發等，具有廣闊的應用前景。

水利工程信息采集主要包括地形測量、縱橫斷面側面、平面高程控制測量、定線放線測量等。在部分山區、云層覆蓋廣、地形復雜的水利工程區域，傳統的衛星遙感技術、航空航測技術成本高、精度低，且存在一定的安全風險。無人機航測技術能夠在云下作業，采集的信息質量較高，有效提高了平原、山區及云層較厚地區的水利信息采集效率。

2 ?無人機航測技術應用流程

在水利信息采集應用中，無人機航測技術分為航測作業和數據處理兩個流程。

2.1 無人機航測作業流程

無人機航測作業主要包括像控點布設、航線規劃和飛行作業3個環節。

（1）像控點布設。

在水利信息采集中，首先應布設像控點，合理設置信息采集區域，測圖比例尺可設置為1：1000。針對單點無人機定位系統測量精度較低的問題，可優先選用差分定位測量，減少像控點布設數量，提高航測和數據處理效率。在像控點布設時，測量人員使用Google Earth確定水利信息采集范圍，合理布設像控點，布設密度以300m左右布設一個為宜。針對地形復雜的區域，可適當增加像控點數量，提高無人機航測定位準確性。

（2）航線規劃。

航線規劃是基于無人機性能參數、攝像機參數、航空高度、航測比例尺、航測區域等基層信息設計的無人機飛行路線。在航線規劃中，應遵循航向重疊度60%～70%、旁向重疊30%～50%的原則，并根據攝像機定焦鏡頭、固定快門時間和快門速度等，確定無人機航線、飛行速度及飛行方式。

（3）飛行作業。

在航線規劃完成后，測量人員可根據氣候、云層、可見度等情況，適時開展飛行作業。通常來說，無人機對起降點的要求較低，因此，可在相對平整、開闊的區域進行起降。同時，在無人機航測中，數據傳輸系統是對無人機進行操控、跟著定位、信息傳輸和獲取機載信息的重要系統，其系統狀態直接影響信息采集質量和無人機正常飛行，因此，操作人員應在飛行作業前，對無人機狀態、數據傳輸系統進行檢查，并進行試飛作業，確認無人機狀態及信息傳輸系統正常后方可進行無人機飛行作業。當無人機飛行至指定高度后，操作人員可設置無人機進入自動巡航模式，由無人機按航線規劃自動上升至航拍高度，并自動開展航拍作業。同時，在無人機航測過程中，操作人員應持續關注無人機飛行高度、飛行姿態、狀態信息等參數，確保無人機運行正常。

2.2 無人機航測數據處理

航測任務結束后，測量人員應對已采集信息進行處理，處理流程包括：數據準備、數據解算兩個階段。

（1）數據準備。

無人機航測任務結束后，測量人員應及時對采集的信息進行處理，取出無人機機載設備內存卡，并導出無人機飛行記錄數據文件。在飛行記錄數據文件中，測量人員應注意位置及姿態信息，這些數據是判定、計算水利信息收集位置、旁向傾角和航向傾角的重要依據。將航測數據導出后，應對采集信息進行比對，并建立相應的航帶影響縮略圖，并通過人工方式對航測數據進行初步處理，及時發現并調整航帶，直至航帶信息完整、無誤后方可存儲備用。在整理航帶的同時，測量人員還應準備相應的相機校檢參數，將相機校檢參數導入數據處理軟件中，實現對采集信息的自動調整。此外，當像控點平面控制系統為獨立坐標系時，測量人員應以1985年頒布的國家高程基準為依據，合理設置高程控制網。

（2）數據解算。

在無人機航測技術中，數據解算是信息采集的關鍵環節，數據解算準確性、質量直接影響航測工作質量，甚至對水利工程施工造成不可預估的影響。因此，在數據解算時，為了確保航測數據的準確性、有效性，測量技術人員應嚴格按照標準流程進行操作。首先，選擇本地處理，并新建項目，將導出的信息導入到軟件中，并進行相應的數據處理、修改圖像坐標系等操作，使航測信息與位置信息進行匹配。再根據導出的相機校檢參數對項目進行修改和調整，以完成數據處理過程;其次，打開數據處理軟件控制點編輯器，選擇相應的控制點坐標系和采集區域合適的坐標系，導入無人機航測布設的像控點，并通過平面編輯器對像控點進行標注;再次，在完成數據處理后，測量技術人員應對項目進行初始化處理，并在初始化處理基礎上，通過調整像控點位置，實現航測信息的精細化處理，直至采集信息精度滿足水利信息采集要求。

3 ?結語

與傳統的旋翼機航測技術相比，無人機航測技術不受云層、地形等因素限制，操作簡單、信息采集成本大幅降低，為水利工程勘測和建設提供了更加便利的施工條件，促進了水利工程項目的順利實施。為了進一步提高水利信息采集效率，加快無人機航測技術在水里信息采集中的應用與推廣，水利信息測量技術人員應深入研究無人機操控、數據處理相關技術，尤其是加強無人機航測相關參數方面的研究，積極學習和掌握該領域新技術、新設備應用方法，加快無人機航測技術引進和更新步伐，為水利信息采集奠定堅實的基礎。

參考文獻

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