無人機低空攝影測量技術在水利工程測量中的應用研究

摘要：以某水利工程為例，探究了大疆經緯M300無人機低空攝影測量技術在該測區(qū)的應用。在基本控制測量與無人機低空攝影測量的基礎上，對內業(yè)數據依次進行影像糾偏、空三加密、平差解算等處理，同時結合外業(yè)調查調繪資料繪制測區(qū)地形圖。從精度評估情況看，空三加密精度和地形圖精度均符合工程需要，為水利工程的建設與維護提供了參考。

關鍵詞：無人機低空攝影測量水利工程空三加密外業(yè)測繪

中圖分類號：P27

ResearchontheApplicationofUAVLowAltitudePhotogrammetryTechnologyinWaterConservancyEngineeringSurveying

ZHANGJin

CangzhouWaterResourcesSurveyandPlanningDesignInstituteCo.，Ltd.，Cangzhou，HebeiProvince，050051China

Abstract：Takingacertainwaterconservancyprojectasanexample，thispaperexplorestheapplicationofLowAltitudePhotogrammetrytechnologyusingtheDJIM300UnmannedAerialVehicle（UAV）inthesurveyarea.OnthebasisofbasiccontrolmeasurementandUAVlowaltitudephotogrammetry，imagecorrection，aerialtriangulation，adjustmentcalculationandotherprocessingarecarriedoutoninternaldatainsequence，whiledrawingtopographicmapsofthesurveyareabasedonfieldsurveyandmappingdata.Fromtheaccuracyevaluation，itcanbeseenthattheaccuracyofaerialtriangulationandtopographicmapbothmeettheengineeringneeds，providingareferencefortheconstructionandmaintenanceofwaterconservancyprojects.

KeyWords：UAVlowaltitudephotogrammetry;Waterconservancyengineering;Aerialtriangulation;Fieldsurveyandmapping

隨著民用無人機技術的成熟，無人機低空攝影測量被廣泛應用到城市規(guī)劃、文物保護、應急測繪、工程測量等領域。無人機低空攝影測量系統(tǒng)包含了飛行平臺、飛控系統(tǒng)以及數據傳輸系統(tǒng)等，可以支持在線規(guī)劃航線、遠程控制飛行、自動進行數據處理和自動成圖等功能。在應用該技術進行水利工程測量時，除了使用無人機進行低空攝影測量獲取影像數據外，還要使用GPS（GlobalPositioningSystem，GPS）、RTK（Real-timekinematic，RTK）等設備進行外業(yè)調查調繪，將內業(yè)與外業(yè)資料相結合制成的地形圖精度更高、內容更加豐富，相應的對于工程建設具有更高的參考價值。

1測區(qū)概況

某地擬建水庫高程在1007～1288m之間，有防洪、發(fā)電、灌溉等功能。測區(qū)縱向范圍為壩址軸線上游3.6km至下游2.5km，橫向范圍為壩肩至塬面以外12m。測區(qū)地表植被以低矮灌木為主，但是受地形影響通視條件不良。為更高效率獲取更加精確的測量數據，在本工程中應用了無人機低空攝影測量技術，使用設備為大疆經緯M300型無人機，最快飛行速度23m/s，最大續(xù)航時間55min，錄像分辨率1080p。

2無人機低空攝影測量技術的應用

無人機低空攝影測量是通過提前規(guī)劃測區(qū)路線的方式，讓無人機在航高1000m以下定向飛行并完成數字攝影測量。將控制測量資料與無人機低空攝影測量資料相結合，在空中三角處理的基礎上建立測區(qū)的三維模型，同時結合外業(yè)補測及調繪信息編輯地形圖，以可視化形式呈現最終成果。

2.1控制測量

基于“先像控后航測”思路，在測區(qū)內布置了18個GPS標識點，聯(lián)測3個C級平面控制點和2個Ⅱ等高程點，所有操作內容均嚴格按照《水利水電工程測量規(guī)范（SL197-2013）》進行。高程控制采用五等幾何水準測量成果，使用GPS-RTK方式聯(lián)測像控點三維坐標[1]。為消除誤差，采用3次測量結果的平均值作為像控點最終成果。

2.2航空攝影

2.2.1航攝設計與成果

本次無人機低空攝影測量任務選用大疆經緯M300無人機，搭載SonyA7RⅡ定焦單反相機，焦距35.1mm，像元大小4.6μm。工作人員通過無人機地面控制軟件規(guī)劃航測線路，并設定旁向重疊度、航向重疊度、飛行速度等主要參數。分5個架次共30條航帶進行航攝，累計獲得相片2161張，航飛成果如表1所示。

2.2.2像控點布置

像控點布設方法選擇“區(qū)域網布點法”，測區(qū)范圍內共設置25個像控點，全部分布在無人機航向和旁向6片重疊范圍內。在確定像控點位置時，優(yōu)先考慮地勢平坦、視野開闊的區(qū)域，原則上不得選擇煙囪、電線桿以及高大建筑物作為像控點。在像控點處用白石灰作“十”字標記，以便于無人機拍攝。

2.3外業(yè)測繪

本次測量任務重外業(yè)調查測繪工作主要包括兩方面：一是水工建筑物的調查測量，測量對象包括測區(qū)范圍內的淤地壩和溢流壩的壩頂高程，以及臨水坡腳高程；獲取抽水泵站的位置、管徑等參數。二是地形圖調繪，結合拼接影像在測區(qū)內開展了實地調繪，主要目標包括村莊名稱；房屋屬性以及道路材質、電線敷設路徑等[2]。

2.4內業(yè)數據處理

2.4.1影像糾偏

影像糾偏處理流程如下：運行ArcGIS軟件后，點擊菜單欄中的“加載”選項，在新彈出的對話框中添加需要糾偏配準的影像數據。數據加載完畢后，進入ArcGIS軟件的工具箱并選擇“影像處理工具”，展開該部分并單擊選擇“糾偏”子工具，進入相應的窗口。在該窗口中設置糾偏方法、糾偏參數后，即可完成對影像數據的糾偏配準。將鼠標移動至配準后的影像圖片上，單擊右鍵選擇“導出數據”，然后選擇另存路徑，保存配準后的影像數據。

2.4.2空三加密

本文使用VirtuoZo數字攝影測量工作站提供的Inpho軟件完成空中三角加密，作業(yè)步驟如圖2所示。

在空三加密中，通過計算機自動匹配的方式測量加密點，要求加密點盡可能的均勻分布在像片中，航帶連接點的每張像片中加密點數量不得少于3個。在確定加密點具體位置時，采用4×4標準位置選點方法，要求每個區(qū)域內的標準點數量不得少于4個，達到降低模型連接差和航帶連接差的目的。平差解算也是空三加密中的重要步驟，可通過Inpho軟件自帶的平差解算工具完成該項工作，經過剔除粗差、迭代計算、人工編輯后，保證輸出的平差結果有更高的精度[4]。

2.4.3數據生產

使用測繪軟件生成數字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）和數字正射影像（DigitalOrthophotoMap，DOM）。通過手腳輪盤等工具配合JX4等線畫圖采集軟件，繪制出線畫圖采集成果。將處理完畢的數據導入測繪數據編輯軟件CASS中做進一步處理，包括數據編輯、屬性設定、數據轉換等，完成全部處理任務后保存到數據庫中[5]。

2.5精度評估

精度評估包括兩方面內容，一是空三加密精度評估，二是地形圖精度評估。將檢查點數據導入到空三模型中并評估模型精度，結果如表2所示。

由表2數據可知，該空三加密的平面中誤差與高程中誤差的實測值均在標準限值以內，說明成圖精度可靠，能夠滿足工程需要，驗證了無人機低空攝影測量技術在該水利工程測量中的應用效果。

根據《數字測繪成果質量檢查與驗收》（GB/T18316—2008）中相關規(guī)定對本次測量所得1：500地形圖進行檢查，同時參考外業(yè)檢查點對地形圖精度進行評定。測區(qū)內共有25個平面檢查點，統(tǒng)計各個檢查點的精度。這里選取前5個檢查點，精度統(tǒng)計結果如表3所示。

由表3數據可知，平面檢查點誤差在0.02～0.06m之間，滿足比例尺1：500地形圖的精度要求。

3結語

本文使用無人機低空攝影測量技術對某水利工程進行測量，繪制了測區(qū)的空三模型和地形圖。精度檢測結果表明，無論是空三加密精度還是地形圖平面檢查點精度均符合標準中規(guī)定的限值，證明在該工程中無人機低空攝影測量技術得到了成功應用。

參考文獻

[1] 王培榮.基于低空無人機航空攝影測量技術的國土空間生態(tài)修復規(guī)劃研究[J].產業(yè)創(chuàng)新研究，2023（6）：93-95.

[2] 寧鋼華.數字無人機低空攝影測量技術在城鎮(zhèn)地籍測量與管理中的應用[J].數字技術與應用，2020（5）：257-258.

[3] 尹素秀.無人機低空攝影測量在城市測繪保障中的應用前景探究[J].西部資源，2023（4）：151-153.

[4] 吳申堯.植被密集區(qū)無人機載LiDAR航線優(yōu)化方法研究[D].重慶：重慶交通大學，2024.

[5] 龔洲.基于航攝實景三維的地質災害調查與穩(wěn)定性分析研究[D].重慶：重慶交通大學，2024.