無人機和裸眼測圖技術在懷洪新河河道河勢監測中的應用

（安徽省長江河道管理局 蕪湖 241000）

1 工程概況

懷洪新河是淮河中游興建的一項治淮戰略性骨干工程，屬淮河流域洪澤湖—漴潼河水系，流域面積12000km2，流經安徽懷遠、固鎮、五河和江蘇泗洪縣。由于自然—人工驅動的水沙及河床邊界發生的變異，以及由此引發的堤防安全、險段治理等問題，開展懷洪新河河道河勢穩定監測分析是極其重要。通過河勢監測，系統梳理河道沖淤總量及年際變化規律，為懷洪新河安徽段河道管理及維護堤防安全提供理論支撐，同時為淮河險工險段的治理及相關技術的研發提供基礎資料。

2 監測內容和方法

監測的主要內容包括：河道地形及斷面測量，地形圖比例1∶2000，河道斷面間距500m，平面坐標采用國家大地2000 坐標系，高程采用1985 國家高程基準；利用原始地形及斷面測量資料，結合本次監測成果進行斷面套繪和資料匯編。

陸上地形采用無人機中海達iFlyV5 進行航拍，POS 文件獲取采用PPK 方法，利用EPS 軟件制作線化圖。航攝比例尺1∶1000，數字正射影像圖地面分辨率0.1m，線化圖成圖比例尺為1∶2000。水下地形測量采用橫斷面法，斷面方向大致垂直于主流方向，測點的平面定位采用海星達iRTK2 以實時差分的方法定位，水深采用HY-1600 超聲波測深儀進行測量，并由計算機控制進行同步采集存儲，確保平面定位與水深測量同時同位進行。本文以陸上無人機和裸眼測圖技術應用探討為主，其主要技術流程如圖1所示。

圖1 主要技術流程圖

2.1 外業航片和像控點采集

航線規劃設計過程中視空域情況、河流走向靈活確定航線方向，航向重疊率設置為80%，旁向重疊率設置為70%，航攝人員時刻關注攝區云圖、地方天氣預報，綜合決定飛行情況，航攝人員提前一周向空域主管部門提出申請。外業像控點布設主要按區域網法進行布點，一般布設在測區的四個角和中間位置，像控點的目標影像清晰，易于判別。外業測量像控點時，需拍攝現場照片，便于人工判別。

2.2 無人機內業數據處理

無人機航測數據后處理采用恩威無人機數據和航空影像處理軟件，通過坐標系統設置、相片導入和像控點刺點等流程，獲得測區的正射影像和數字表面模型等成果數據。DOM 和DSM 數據處理主要分為四個步驟：

（1）影像初始化：新建項目， 在項目中導入影像、飛行文件、PPK 處理過的POS文件和相機參數，進行簡單的圖片拼接，初步檢查數據成果是否要求。

（2）像控點刺點：為了提高航拍精度，后處理中加入了像控點數據。刺點分為平面刺點和空三射線刺點。平面刺點一般在初始化處理前或使用本地坐標系時采用，在照片上刺點難度稍大，先要預估在照片中的位置，再進行精確刺點。在初始化處理完成后進行空三射線刺點，軟件能自動查找照片像控點的位置，可以快速并精確地刺點。

（3）空三加密和平差：計算機對重疊的航拍照片自動匹配連接點，獲取每張影像的相對姿態位置，通過對參數的改正，精確計算出空三加密成果，再進行相對和絕對平差，點云處理和紋理匹配，通過像控點對空三成果進行進一步平差和校正。

（4）質量檢查和成果輸出：數據處理完畢后，會自動生成一個質量報告，重點檢查影像的分辨率、相機的參數差異、像控點精度和誤差，對超限參數進行研判，查找原因，提出不合格的數據或補飛，直至成果符合設計書中參數要求。然后對數據進行導出，輸出成果主要包括點云數據、正射影像數據和地表高程數據，還可對點云進行抽稀和制作等高線。

2.3 EPS 數字測圖

導入正射影像DOM 和數字高程模型DEM，把DOM 和DEM 合并生成DSM 實景三維模型。加載超大影像時，在二維窗口中選擇DOM 正射影像數據，在三維窗口加載DSM 實景表面模型，采用二維和三維聯動一體化測圖模式進行數據的采集，可以根據實際需要進行多視角切換，提取垂直模型高程點和等高線，提取地物的特征點，如堤防的拐點、房角、路拐等，繪制坡坎、植被，并進行文字等屬性的標注。

線畫圖初步制作完成后，到野外進行現場調繪和修改，檢查數據質量，校核點精度是否符合要求，各方面均滿足后，導出DWG 格式文件，正射影像和線畫圖如圖2所示。

圖2 正射影像和線畫圖

2.4 質量控制

采用二級檢查一級驗收制度，重點檢查數學精度、地理精度和整飾質量。數據質量檢查包含兩部分：第一部分為影像點位校核，在野外制作像控點時采集一批校核點，影像數據完畢后，檢查該批校核點數據的偏差；第二部分為DWG 線畫圖校核，主要采用RTK 儀器對DWG 測圖中高程點、建筑物拐點進行檢校，通過野外獲取的地形點對照地形圖進行檢測。

對采集的成果進行分析發現，第一部分基本定向點平面誤差為0.11m，高程誤差為0.09m，多余控制點平面誤差為0.15m，高程誤差為0.11m，滿足規范和設計書要求；第二部分現場實測的坐標和DWG測圖坐標進行比對，平面中誤差0.13m，高程中誤差0.14m，滿足1∶2000 比例尺地形圖要求。

3 結語

在懷洪新河河道河勢監測中，利用無人機航拍和影像處理系統可快速獲取河道正射影像和數字地表模型，采用PPK 技術可大幅減少外業布置像控點的工作量，使用北京三維EPS 軟件平臺中的垂直攝影測量模塊，生成并加載垂直攝影模型，方便地進行多視角繪圖，快速、高精度實現河道地形圖的制作，大大提高了內外業工作效率。無人機和裸眼測圖技術的發展，顛覆了傳統測量模式和觀念，提供高質量的測圖，為懷洪新河治理提供高精度的監測基礎成果■