基于無人機航測技術的平原河道劃界技術分析

王永杰

（山東省聊城市水利局，聊城 山東 252001）

1 概述

1.1 背景

劃定河道管理與保護范圍（河道劃界），是實施河道工程管理與保護的基礎性工作，也是落實好其他管理保護措施的先決條件。文章以聊城市徒駭河馬頰河為例，介紹了無人機航空攝影測量技術在平原區河道劃界中的應用，重點介紹了劃界的技術路線和關鍵技術分析。

1.2 河道概況

平原河道一般具有地勢平坦、視野開闊、堤防整齊、局部灘地較寬等特點，便于無人機飛行航測。徒駭河、馬頰河是聊城市獨流入海的兩大骨干河道，全市面積90%以上屬于徒、馬兩河流域。其中徒駭河聊城段169.50 km，流域面積5 182.75 km2，馬頰河聊城段124 km，流域面積2 805.77 km2。

1.3 無人航測技術發展情況

無人機航空測量技術是近年來發展起來的一項新型測量技術，與傳統測量手段相比，具有快速、精準、靈活便捷，適用性強、矢量化等優點，在水利應用前景廣闊，可為河道管理信息化提供技術支撐，為推進河長制全面提升奠定了基礎。

2 劃界實施內容

2.1 編制劃界工作專項設計

劃界實施前，編制專項設計方案，主要包括：①劃界的標準；②技術規定，包括坐標系統、高程系統等數學基礎，界樁及公告牌要求，測量要求和流程，地形圖測繪和數字化要求，河道管理范圍線圖繪制標準及流程、數據信息化要求；③明確劃界實施方案，包括人員組織、硬件設備配置、利用無人機航空攝影進行地形圖繪制、利用數字影像處理系統進行彩色正射影像圖制作等；④質量保證體系，包括明確質量目標、控制措施；⑤進度計劃；⑥職業健康及安全保密等措施。

2.2 制作、安裝劃界界樁和公告牌

主要包括：①管理范圍線界樁，明確界樁材質、尺寸、埋設要求等，設置密度、編碼規則等。此次劃界界樁采用大理石材質，尺寸為1 000 mm×150 mm×100 mm，埋深400 mm，城市（鎮）段界樁間距不大于100 m，非城市（鎮）界段樁間距不大于200 m；②劃界公告牌制作安裝，一般包括公告牌設計尺寸、內容、設置位置等。

2.3 編制河道管理范圍界線及樁（牌）矢量布置圖

主要包括：①河道管理范圍線矢量圖，標注河道管理范圍線、公告牌位置點、主要建筑物、村莊、界樁點及編號，管理線拐點處標明平面坐標（2 000國家大地坐標系），形成管理范圍線圖集；②管理范圍線界址點坐標成果，形成管理范圍線界址點坐標成果表，徒駭河形成5 295個界址點、馬頰河形成4 967 個界址點坐標成果；③界（牌）坐標成果（CGCS2000投影坐標系，3°分帶，117°帶），徒駭河完成1 800 個，馬頰河完成1 400 個；④界樁、公告牌身份證，包含平面坐標、高程位置描述、編號、近景及遠景照片，徒駭河完成1 900個，馬頰河完成1 490個。

2.4 制作正射影像圖和地形圖

正射影像制作采用0.20 m分辨率精度，主要包括利用無人機航空拍攝，并采用相片控制測量、空三加密等處理技術，繪制了正射影像圖，包括.TIF和.TFW兩種格式的電子文件，形成了徒駭河和馬頰河DOM分幅圖成果。

2.5 建立劃界管理數據庫

主要包括管理范圍界址線數據庫和管理范圍內界樁點數據庫，包括空間數據文件.shp、空間數據索引文件.shx、屬性數據文件。dbf、地理數據索引文件.sbn等。

3 技術路線

總體技術路線如下：①選取典型河段作為試點進行現場踏勘，明確成圖范圍和航測區域；②按照設計進行全河段無人機航測作業，布設航測像控點；③對航測數據進行數據處理計算，獲取點云數據集和1∶2 000正射影像數據，并對數據進行現場校核；④依據點云數據集和已采集正射影像，結合實際踏勘樣本，準確提取河口線、堤腳線、坡腳線等；⑤結合實際地貌，通過空間緩沖分析，繪制管理和保護范圍邊界線；⑥編制河道管理和保護范圍專題圖層。

利用空三加密成果繪制河道管理和保護范圍邊界的起算線，是整個工作流程實現的關鍵，按照河道地形地貌的特點不同，起算線具有不同的形式。總體技術流程如圖1所示。

圖1 總體技術流程圖

4 劃界主要技術要點分析

4.1 無人機航空攝影

4.1.1 儀器設備

①機場，本攝區擬選用攝區內的一處公路為起降點，無須進駐機場。②機型，本攝區擬選用垂直起降無人機，采用高性能導航GPS，主要性能參數：型號：CW-30；最大載荷：36 kg；翼展：4 m；起飛距離：400 m；失速速度：62 km/h；最小速度：65 km/h；巡航速度：85～125 km/h；燃油：無鉛汽油。③航攝儀，本攝區選用RS1000 50 mm 鏡頭；鏡頭主距：50 mm；像元尺寸：4.60 μm；影像像幅：11 608×8 708像素。

4.1.2 航攝設計

①航攝分區，根據攝區地形，依據框幅式數字航空攝影分區原則劃分攝區。②航高確定，本項目擬采用RS1000 數字航攝儀航攝，相機主距為50 mm，地形圖比例尺為1：2 000，要求影像分辨率高于0.30 m，數字航空攝影的地面分辨率取決于飛行高度。③航線敷設，航線飛行方向一般為東西向，考慮到測區季節風和空域民航航線的限制，可按需要進行敷設。

航線敷設根據攝影測量學原理及測區實際情況確定，航向重疊度設計為65%，旁向重疊設計為35%，按測區中心線敷設航線。

4.1.3 無人機航攝

根據GB/T27919要求，無人機所有發動機啟動后再行開啟航攝系統的電源，飛行期間注意避讓建筑物、樹木等障礙物，數據采集間隔小于或等于1 s，上升或下降速度小于10 m/s，轉彎坡度小于20°，左右交替飛行，飛行中及時觀察，避免GPS衛星信號失鎖等。

4.1.4 成果整理

航片編號方法為：①航片編號由8 位字符構成，采用以航攝分區為單位的流水編號；攝區航線一般為東西向敷設。②同一航線內的航片編號不允許重復。

4.2 像片控制測量

4.2.1 像片控制點的布設要求

本次預布123 個像控點，沿河道均勻布設，像控點的布設要求總體執行《水利水電工程測量規范》。

4.2.2 像片控制點的判刺與整飾

對像片控制點進行二次判刺與整飾，平高控制點編號在像片編號前冠以“P”；高程控制點在像片編號前冠以“G”；檢查點（保密點）編號在像片編號前冠以“J”；同一測區不得重號。

4.2.3 像片控制點的測量

采用GNSS 連測確定像片控制點，利用聊城市C 級點進行像控點高程解算。

4.3 空三加密

在外業測定獲得像片控制點的基礎上，采用空三加密軟件進行區域網整體平差，得到加密點成果。

4.4 計算和成果整理

平差計算前應編制外業控制點成果文件（加密定向點已知成果）并經第二人檢查校對。計算過程中出現超限或錯誤，應認真檢查相對定向精度、控制點起始數據和轉點精度，仔細分析找出原因后認真進行處理。較大水系常水位點應在首次計算成果出來后進行相互比較，有矛盾時應在立體觀測下進行配賦改正。加密完成后，應與相鄰航線、相鄰加密區域地進行接邊，并將成果通過接口程序直接傳輸給測圖定向使用。作業方法、精度統計、重大技術問題處理情況和質量評定應填寫質量記錄，并有填寫者、檢查者簽名。

5 劃界成果的特點及應用推廣

5.1 劃界成果的應用主要特點

高度數字化、矢量化，本次劃界緊扣水利信息管理化要求，立足于先進的數字測繪技術和設備，切實將劃界成果做到數字化、矢量化，建立了完整的劃界信息管理數據庫，便于成果的應用和銜接。

5.2 應用推廣情況

一是助推河長制實施，助推河長制實施，比如在河湖“清四亂”行動中，劃界成果提供了詳細的河道管理邊界矢量范圍，將衛星遙感和無人機巡河成果與劃界矢量數據對比，為清違清障和清四亂提供了基礎依據；二是納入國土空間數據庫，實現部門間數據對接和共享。劃界矢量成果納入國土空間總體規劃基礎信息平臺，為水利發展提供有效的空間保障。

6 總結

6.1 精心組織

河道管理范圍劃定工作由市人民政府負責，由聊城市水利局具體實施，本項目自始至終都感受到各部門的精心計劃，詳細安排和相互協作。在現場指界過程中，相關負責領導和工作人員多次深入到工作一線，對涉及政策性的問題均給出了具體的針對性很強的解決辦法，項目一直在和諧、可控而有序的氛圍中向前推進。

6.2 完善質量保證體系

實施單位高度重視，做到精心組織實施，牢固樹立質量意識、安全意識，把質量作為重中之重。成立項目管理機構，負責項目的協調、管理、組織和實施，明確職責分工，統一協調管理。認真做好參與本項目所有工作人員的技術培訓工作，提高工作人員對河道管理范圍劃定相關政策及工作要求的理解，確保作業技術路線的標準化。嚴格執行國家技術標準、規范和本項目實施方案，對各技術環節統一標準，認真做好生產作業中的每一道工序。