中小河流劃界中無人機航測技術的應用思考

李鋒

【摘要】我國幅員遼闊，江河湖海眾多，對于水域的管護是維持我國經濟增長，社會可持續發展的重點。在河湖管護中，針對中小河流管理和保護范圍的劃界工作，是其中的基礎性工作。而現今河道建設工程中，常用到的是1：1萬的比例尺影像地圖，與CAD圖紙。這種常規的基礎性資料無法對中小河流管理與保護邊界進行精確識別，也就無法將劃界工作落實到位，因此無人機航測技術應運而生，并在中小河流劃界中發揮了至關重要的作用，未來發展前景值得期待。

【關鍵詞】中小河流;劃界;無人機航測技術;應用

我國河湖數量較多，且占地面積較大，因此河湖的管護工作就尤為重要。隨著科學技術發展速度日漸提升，河湖管護工作的技術性也需要緊跟時代做出變革。這就需要立足于當前數據測量技術基礎上，發展并推廣更新的河流劃界技術，也為無人機航測技術的應用提供了用武之地。

1、河湖劃界勘測業務簡述

河湖劃界絕不只是單一的業務，在劃界之前一定要對實際的管理范圍加以確定，在測定的位置埋設界樁，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堤地和湖堤等等。中小河流的主要劃界工作有，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）。然后是以地形圖當作底圖，依靠高精度正攝像圖的支持，管理范圍圍線，在預先指定位置上，設置好布界址點。接著是測量河湖岸線和斷面，最后現場確立埋設界樁布設位置[1]。

目前河湖劃界的工作還處在不斷探索的階段，也無法提供相當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了一定的困境。

2、無人機航測技術簡述

無人機航測遙感技術，本質上是新型的航空遙感技術，是在衛星遙感之后發展起來的技術，也是對傳統測量技術的補充。無人機航測技術的主要優勢有，高效迅速、靈活機動、作業投入成本低、效果直觀性強、適用范圍廣等等。前文說過，中小河流劃界對于河湖管護具有非常重要的基礎性作用，其工作關鍵就是識別堤腳、土埂腳等起算線，應用常規高分辨率衛星遙感影像圖，往往無法有效識別。無人機可以通過超低空飛行的方式，對測量區的3D點云、立體像對和正射影像能力進行獲取，這就在技術上為河道數字化管理提供了支持[2]。

3、無人機航測技術工程實施

3.1工程概況

本項目擬對福泉市皮隴河進行劃界測量，測量范圍如圖1，河道長度累計里程約31km，海拔在850～1200米地貌類型以山地為主，丘陵次之，壩地較少，因此無人機航測技術測量在其中起到非常重要的作用。

主要測繪內容與要求： 測繪比例尺1∶2000;測繪范圍： 保護范圍線外擴50m，平均帶寬220～300 m; 測繪重點： 堤防、岸線、縣鄉村權屬界線、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布設，以及在堤防寬度變換處進行橫斷面測量。

3.2總體技術路線

選取福泉市皮隴河段為案例，總體技術路線方案過程如圖3，首先調研試點河段的現場情況，對航測范圍進行確定;然后進行航測外業以及布設像控的工作如圖2;計算內業數據，獲取福泉市皮隴河段dom、dem數據，比例為1比2000;根據劃界依據，對該河段進行緩沖分析，得到相應邊界，然后通過EPS 虛擬攝影測量系統進行大比例尺地形圖立測采集與編輯，對護岸岸頂線、堤角線進行繪制，最后之作保護區專題圖。

圖2 規劃航線及像控點布設? ?圖3無人機航測內外業流程

3.3試點河段劃界形式

根據《防洪標準》（GB50201-94），《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）以及貴州省地方標準《河道管理范圍劃界技術規程》（征求意見稿），皮隴河河段4至5級地方構筑物的護堤地寬度，通常為5至30米，保護范圍通常緊鄰護堤地邊界之外，為50至100米距離。根據當地政府部門指導意見，皮隴河管理范圍為堤腳構筑物外延5米處，保護范圍為邊界外延50米。基于河岸地物地貌的不同種類，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、水域和護堤地。護堤地應當以河道等級為依據，選擇河堤背水坡腳劃定5米寬度。

（2）有護岸河段，其管理范圍為有護岸、無堤防的河道，管理范圍會延伸到坡式護岸岸頂的地方;其保護范圍為相連地域劃定50米的安全保護區。

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

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

4、無人機航測作業結果分析

4.1航測作業結果

皮隴河試點河段的測量區，海拔850～1200米，航拍范圍對整個作業進行了覆蓋，而且可以在一定程度上進行拓寬。原始照片有0.05米的地面分辨率，具有500米的相對航高，像片重疊度為航向超過百分之80，旁向超過百分之70[4]。

像控點的初選位置以室內設計書和像片條件為選取依據，制作出相應的電子影像，再由RTK技術完成測量像控點的工作。像控點數為47個，利用內業檢查對野外選點錯誤情況和具有較大偏差的像控點進行了排除，排除過后剩下了46個像控點，分布于河道兩側。通過處理內業數據可得，最終的航測結果包含空三加密點云數據和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，由空三加密點云數據構建而來的3D點云場景，更好識別并繪制了坡式護岸岸頂。

4.2航測精度檢測

對全路線進行抽樣檢測。檢測點密度： 平均1.1km檢測2個點; 平面點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處，高程點盡量選擇在地勢平坦處，如堤頂道路或橋梁幾何中心位置，注意避開橋頭或高差突然變換、DEM 容易拉花變形的位置; 測量方法： 采用 GPS RTK 兩次測量，坐標與高程差值均小于 2 cm 時取平均值作為最終檢測坐標成果。共檢測平面特征點 65點，高程特征點65點（ 含平面特征點） 。