無人機攝影測量技術在河湖劃界項目中的應用

何雄

（遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563002）

0 引言

隨著科學技術的進步，航空攝影測量和遙感技術取得了長足的進步，特別是無人機航測技術在實際測量中使用較多，在水利工程測量中發揮了重要的應用。

遵義為典型貴州高山區地形，區域內河流密布，流域廣泛，跨度大。采用傳統的測量手段，以現有的人力物力在相應的時間內無法完成相應的測量工作。依照河長制的技術要求和工期要求，積極探索、應用先進、高效，并且符合要求的低空無人機航空攝影測量技術，做好河道劃界確權前期基礎數據生產，具有十分重要的意義。

1 航空攝影測量

航空攝影測量是由飛機、衛星等飛行器搭載傳感器從空中拍攝的照片，配合拍攝時飛行器自帶的導航定位系統，獲取POS信息，結合地面控制點，經內業處理后生產數字高程模型（DEM）、數字線劃圖（DLG）、數字正射影像圖（DOM）和數字柵格地圖（DRG）。

近年來，隨著國內無人機飛行器技術的不斷發展，國內攝影測量先輩們不斷摸索，創造出了一種新型的無人機搭載單反相機的低空無人機航空攝影技術，使得航空攝影測量不再依賴笨重而又昂貴的航攝儀。

低空無人機航空攝影一般都是輕小型無人機搭載重量約為500g的單反相機進行低空飛行，按技術要求拍攝像片，結合飛機自帶的實時差分系統或者后差分系統在拍攝瞬間記錄的無人機位置姿態數據，經位置校準到像片后，形成像片的姿態參數pos，兩種數據形成完整的航空攝影測量原數據。

這種低空無人機航空攝影測量的優勢在于對于很多區域也不需要嚴格的空域限制，而且飛行高度一般都在1km以內，起飛場地要求簡單，操作簡單，對于很多緊急情況能及時相應作出調整，在實際應用中非常靈活，這就使低空無人機航空攝影測量迅速普及大眾化，得到各個測繪單位的廣泛青睞。

無人機攝影測量相對于傳統工程測量的優勢在于：①起降靈活方便，攜帶方便，對周圍環境和天氣要求不高。一般而言，空中范圍附近無障礙的平坦地面足以自由起降。②可以低空飛行，提高運行效率，讓用戶快速地完成所需的結果，與傳統的工程勘察相比，現場人員的投入顯著減少。③可以快速獲取高分辨率數據。通過配備的單反相機通過低空飛行獲取準確直觀的地面信息。低空攝影照片的分辨率可以達到3cm的超高分辨率數字圖像，這是常規測量無法達到的。④無人機與千尋RTK結合。利用無人機搭載的實時差分或后差分系統快速靈活獲取像片位置姿態數據，高精度的位置姿態參數在一定的飛行條件下能夠做到區域內1∶2000地形圖免像控，部分區域需要結合千尋RTK捕捉少量影像控制點的平面和高程信息，聯合平差，保證航拍區域內的測量精度。

2 河湖劃界主要內容

河湖劃界工程量大，工期短，需要確定實際控制范圍，必須將界樁埋設在測量位置，才能起到劃界作用。根據河湖界線的要求和指南，傳統的測量手段不能滿足劃界工作對于工期及多樣性成果數據的要求。無人機航測作為新型的航攝手段，可以快速的完成劃界工作的基礎數據生產，提高整體效率。

根據河湖劃界的工作內容要求，無人機航空攝影測量主要任務包括以下幾點：①優于20cm地面分辨率正射影像圖；②間距≤500m的像控數據；③1∶2000數字地形圖；④河湖水岸線及自然天然斷面數據；

3 河湖確權作業流程

以遵義市匯川區仁江河河道劃界項目為例，仁江河全長45km，南北走向，流域范圍內有高山、旱地、稻田、鄉鎮、水庫，地形復雜，高低差異較大，海拔在800～1300m。為貴州比較典型的地形地貌。

3.1 數碼航攝

根據現場踏勘情況，分段對流域進行航拍，根據現場情況起飛高度不低于300m，航向重疊設置為80%，側邊重疊設置為70%。對于山林地段，為保證飛行安全，飛行高度選擇比最高點高150m進行飛行；鄉鎮地段對精度要求較高，地勢開闊的地段采用恒高飛行，地勢狹窄的地方采用變高飛行。

3.2 控制測量

項目平面坐標以CGCS2000國家坐標系為基準，高程選用1985國家高程基準。首級控制網使用當地國土資源局提供的3個GPS-C級控制點作為啟動數據，采用GPS靜態采集全段均勻布設4對GNSS四等首級控制網，在首級控制網的基礎上同等加密控制網。

高程控制采用四等GNSS擬合高程，在解算軟件中加入地球重力場模型EGM2008進行擬合解算。

以上數據作為基礎數據，使用RTK及千尋系統，校正控制網坐標后，對測區進行像控點采集。全測區每隔600m河流兩邊做一對象控點，在無法施測地區采集高程點，保證全區域控制均勻。

3.3 內業數據處理

將影像數據和pos數據導入godwork（空中三角測量軟件），進行一鍵空三，提取連接點，完成pos平差，導入控制點，刺完點后，進行控制網平差，檢查符合精度要求后，導出測圖成果。

3.4 成果制作

3.4.1 立體維測圖

將空三成果導入mapmatrix中建立測圖工程，在立體環境下，按照1∶2000地形圖圖式規范完成測區內全要素地形地貌采集。檢查無誤后，輸出最終成果。

3.4.2 正射影像圖制作

將空三成果導入pix4d完成正射影像圖制作及DSM數據。

3.5 成果應用

將測得的1∶2000地形圖和正射影像圖作為河湖劃界的工作底圖，根據要求在工作底圖上劃定河流管理范圍線，布設等距邊界點和拐點的界址，外業埋設界樁，根據工作底圖中提取的邊界點坐標控制邊界線。界樁和實測坐標根據現場實際情況進行微調，將反饋的外業坐標重新布設在內業范圍邊線上，根據最終外業的邊界坐標修改地圖上控制區域的邊界。

4 工程應用亮點

4.1 變高飛行

河湖劃界工作主要是在有河流的地方，多為山谷地區，對于航攝要求很高。對于需要進行DLG采集的航攝一般需要測區內航高一致，且相鄰測區航高變化≤50m，如果嚴格按照要求執行，則在很多支流區域，為了保證航攝要求，必須將整個測區細化成很多個小區，這樣劃分將極大的降低航拍效率，加大數據量，也增加了不少內業工作量。

在實際作業中，利用飛馬D2000自帶的變高飛行功能，在確定測區無高壓電桿電線的情況下，延河溝設計兩條航線，進行變高飛行，極大的提高了飛行效率，節省了飛行時間，也減少了數據量，提高了內業效率。

4.2 免像控技術

經測試，項目中發現，飛馬D2000的實時差分技術搭配40mm鏡頭，在航飛高度不超過500m時，特別是在變高飛行的情況下，精度滿足1∶2000地形圖作業要求。這種方式能極大的節省外業控制時間，特別是在山林地區，很多地方無法采集像控數據，這種作業方式同樣能夠保證成圖精度。

4.3 DSM應用

在項目非常緊急的情況下，來不及成圖。可以使用PIX4D軟件對原始數據進行匹配計算，得到正射影像圖的同時，輸出DSM成果。利用EPS2020地理信息工作站傾斜攝影三位測圖系統的垂直攝影功能，加載DSM，可以將PIX4D生成的彩色點云，導入軟件，利用三維界面，在點云上進行斷面測量，及岸線規劃和界樁點布設。這種方式極大節省了過程數據的生產過程，DSM精度高，也滿足規劃要求，與后期成圖后的精度一致，可以作為最終成果應用，而且該模式的DSM接近實景三維的效果，對于規劃人員更加真實，接近現場實際情況，規劃布設精度更高。

5 結語

總而言之，利用無人機攝影測量技術在河湖劃界工程，特別是一些新型技術、成果應用方式，與傳統測量方式相比，可以極大的節省人力物力，能有效提高河湖測量項目的工作效率，降低實地勘察工作風險。通過使用無人機攝影測量結果繪制的地形圖，精度完全滿足1∶2000大比例尺測繪的要求，這也保證了河湖劃界的準確性。