小型無人機免像控在水利工程測繪中的應用研究

張榮斌

(陜西渭河生態集團有限公司，陜西 西安 710068)

1 研究背景

隨著水利工程勘測設計市場競爭的日益激烈，快速高效為設計人員提供既能真實反映工程情況又能滿足設計要求精度的測量成果愈發顯得重要。測量成果既要反映工程區地表情況和地質狀況，從不同方位反映物體的形狀、大小和高差，又要得到每個地物點真實精確的工程系三維坐標，可量測地物的長度、高度、坡度、角度及面積的測繪成果，使規劃設計人員如同身臨其境，能準確全面掌握工程全貌全局，得到細部點的高精度空間關系，可滿足多專業、多層級專業人員共同研究項目設計方案，科學合理布設建筑物。

2 測區情況和作業方式

2.1 測區情況

洛惠渠龍首壩水庫樞紐位于陜西省渭南市澄城縣狀頭村，是我國近代著名的水利科學家、教育家李儀祉先生主持建設的“關中八惠”之一，為增加灌溉引水量、肥田改土、減少黃河下游泥沙等方面做出了重要貢獻。本項目測區范圍0.36 km2，長約0.8 km,寬約0.6 km,最低點海拔383 m,最高點海拔432 m,測區高差49 m,測區范圍以河道及兩岸為主，地形復雜，交通不便，飛行條件較好。

2.2 飛行平臺

本工程采用精靈 Phantom 4 RTK，集成全新RTK模塊，支持搭配D-RTK 2高精度GNSS移動站，擁有更強大的抗磁干擾能力與精準定位能力，獲取實時差分數據，提供實時厘米級定位數據，顯著提升圖像元數據的絕對精度。飛行平臺總重量1 391 g，最大起飛海拔高度6 000 m，最大上升速度6 m/s，最大下降速度3 m/s，最大水平飛行速度50 km/h；搭載圖像最高辨率5 472×3 648單片有效像素2 000萬(總像素2 048萬)，傳感器尺寸1英寸CMOS，鏡頭焦距8.8 mm(等效35 mm)。

2.3 飛行及像控布設

圖1 飛行航跡點圖 圖2 像控點布設圖

2.4 建模和數據采集方式

本次研究共獲取346張影像，分別采用有像控和免像控兩種形式，采用ContextCapture(smart3D)軟件進行空三解算和三維建模，采用清華三維Eps軟件采集檢查成果精度。空三解算成果見圖3，三維實景模型見圖4。

圖3 空三解算成果圖 圖4 三維實景模型

3 不同測繪方式工作效率及精度對比

3.1 工作效率

采用人工測量、傾斜攝影航測布控和免像控三種作業方法，對項目內外業工作量、工作時長、成果類型對比見表1。

表1 不同作業方式工作效率及成果類型對比

表2 傾斜攝影測量布設像控和免像控精度統計 m

從表1中可以看出:

(1)人工測量外業工作投入遠遠大于航測技術，航測布像控外業工作投入遠遠大于航測免像控；人工測量內業工作投入略小于航測技術；

(2)人工測量的工期大于航測技術，航測布設像控工期大于航測免像控；

(3)人工測量的成果類型僅有DLG (數字線劃地圖)，而傾斜攝影航測技術除有傳統航測的4D產品外，還有測量精度的可量測三維實景模型。

3.2 精度對比

為研究傾斜攝影布設像控與免像控的成果精度，本次以人工測量實測點為基準，選取20個測區特征點進行精度檢查對比，檢查對比數據統計見表2。

從表2中可以看出:

4 結語

通過三種不同攝影測量方式內外業工作量、工作效率、成果類型，以及成果精度對比研究和統計分析后認為，小型無人機精靈Phantom 4 RTK采用傾斜攝影航測技術較人工測量，既可大大減少外業工作量和縮短工期，又可為設計人員提供多樣化的測繪成果，尤其是可量測的高精度實景三維模型，大大提高了設計人員對現場的感知度，為科學論證設計方案提供條件；另外，采用精靈Phantom 4 RTK免像控技術雖在精度上較布設像控有所衰減，但滿足1:500地形圖測繪精度，并進一步減少外業工程量、縮短工期，可在小面積水利工程測繪中成為新的作業方式。