水电工程测绘中无人机低空摄影测量技术应用

付海军（辽宁省摄影测量与遥感院，沈阳110000）

水电工程测绘中无人机低空摄影测量技术应用

付海军
（辽宁省摄影测量与遥感院，沈阳110000）

无人机低空摄影技术在水电工程测绘中的应用进一步提升了水电工程测绘的准确性和高效性，为我国水电工程测绘的发展奠定了基础。为进一步优化无人机低空摄影测量技术的应用效果，深化其应用价值，论文分析了水电工程测绘中无人机低空摄影测量技术的应用，为我国无人机低空摄影测量技术质量的提升和技术的革新贡献微薄之力。

水电工程；工程测绘；无人机低空摄影；测量技术

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.180

1 引言

近几年，随着我国产业结构的逐渐调整，国家逐渐增加水电工程的建设资金，在其技术手段研发上也拓展了研究范围。无人机低空摄影测量技术的成熟应用从技术和专业层次上标志着我国无人机测量技术革命的成功，是我国综合国力提升的一种表现[1]。无人机低空摄影测量技术的应用优化了传统航拍测量技术的缺陷，为工程测量技术做出了重要的贡献。

2 无人机低空摄影测量技术

无人机低空摄影测量技术系统包括空中摄影系统、地面控制系统、数据处理系统3个部分。空中摄影系统主要包含飞行平台、数码相机和自动驾驶仪组成，用来完成空中测量摄影工作；地面控制系统主要是由地面运输、无人机地面控制和数据接收与交换组成，用来完成无人机控制、数据信号接收工作；数据处理系统主要包括航线设计、影响质量检查和数据后处理软件组成，用来完成摄影测量工作前期航线制定和后期数据处理工作[2]。无人机低空摄影测量技术的工作流程为：测量区域航线规划—控制无人机按照航线进行拍摄作业—存储拍摄数据—与地面控制系统实现数据交换处理—飞行任务结束无人机降落—根据数据资料选择是否进行补拍—完成无人机低空摄影测量。

3 无人机低空摄影测量技术在水电工程测绘中的应用

3.1 应用流程

准备阶段：（1）确定水电工程测绘中的项目需求，从而选择合理的无人机低空摄影设备的型号；（2）进行水电工程测绘项目整体资料的搜集和调整；（3）进行水电工程测绘项目航线设计、现场勘查和飞机检查工作，从而为测量做好前期准备[3]。

外业实施阶段：（1）进行低空数码航拍的设定和处理，从而进行现场无人机的技术处理和测量，实现无人机低空摄影测量；（2）进行现场测量质量的检查，在检查过程中如果发现存在摄影漏洞，需要进一步根据现场的地形重新进行航线设计，重新开始低空数码航拍工作；如果没有漏洞，则可以按照原始的航拍路线进行技术处理，完成拼接辅助工作；（3）按照获取影像设计像控点的分布，并完成像控点的测量和记录，在此过程中，根据畸变差修正后的影像资料对像控点进行测量并修正记录，完整准确的外业测量记录，为内业数据处理奠定基础[4]。

内业数据处理阶段：（1）实现自动空中测量数据加密，完成测量数据的加密保护；（2）DEM和DOM数据生成处理，利用技术手段和数据处理手段实现基本数据模型的生成；（3）对DEM（数字高程模型）和DOM（数字正射影像数据集）数据生成的结果进行成果质量检测，保障数据输出的真实性，输出DEM和DOM成果，随后，完成DLG（数字规划地图）制作，输出DLG成果；（4）对内业数据处理的整个过程资料进行整理和检查，完成成果的提交。

3.2 无人机低空摄影测量技术测量案例分析

3.2.1 工程概述

本次案例选择某水电站的测量，该水电站海拔为1900m，最大高差在300m，测试区域的整体面积为5.39km2，对其进行DOM、DEM和DLG数据绘制。

3.2.2 准备阶段

准备阶段需要进行的工作包括以下内容。（1）对测试区域内的无人机低空摄影测量选择测量设备。本次测量选择的卫星固定翼为人机搭载佳能EOS450D单反相机，用来进行航拍测量。（2）航拍路线的选择设计。本次航拍中选择的航拍设备中具有微型无人机低空遥感系统，能够实现根据摄影区域内的地理情况，场地情况，摄影分辨率情况，航拍摄重叠指标等进行自动路线设定，共计布置11条航拍路线，进行为人机低空摄影测量。

3.2.3 外业阶段

外业阶段需要进行的工作包括以下内容。（1）实现像控点的布置。无人机低空摄影测量传感器的种类多样，像控点的密度需要根据航拍控制点基线数跨度进行公式的估算。本次实验测量中确定最终航向和旁向方案为航向5～8条基线布设，西侧水库边缘适当降低航向条数，确定为4条。旁向整个测试区域内平缓区设置1个，区域起伏相对较大的区域设定随航带布置。（2）实现航飞数据检测。基本路线确定后，进行航飞拍摄，并及时对航拍摄影影像进行拍摄处理，基于POS数据对其进行飞行质量评估，从而检查基础航拍数据，确定航拍的真实性。（3）进行畸形数据更改。相对量测型航拍摄仪在其技术处理的过程中需要借助空中三角测量的方式进行畸形差的改正，其详细的更改计算方式见式（1）：

式中，x、y为像点坐标；x0、y0为主点坐标；k1为径向畸变系数；p1、p2为切向畸变系数；α为CCD像素的非正方形比例系数；β为CCD阵列排列非正交性畸变系数；r为测量半径。

根据3个实际测试区对其进行数据试验结果的确定，根据原始影响的单文件畸变结果进行纠正文件参与平差结果优化，实现对测量原始影像数据附加参数光束法处理，计算方式见式（2）：

式中，x、y为以像主点为原点的像平面坐标；X、Y、Z为物点的地面坐标；Xs、Ys、Zs为外方位线元素；a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3为外方位角元素表示的方向余弦；f为相机主距。

根据式（1）和式（2）进一步对无人机低空摄影测量技术的测量数据修正和加密，从而实现空中三角测量加密，保护水电工程测量的数据的保密性。

3.2.4 内业数据处理阶段

内业数据处理阶段的包括工作内容。（1）实施DLG制作，在内业制作上采用航天远景特征采集平台测定，根据外业数字基本采集的高线进行地物的绘制，实现数字线划图采编一体化处理。将外业调绘的照片进行仔细绘制，进行实物的标记，采集高程点作为地形控制点，概括等高线，导入CAD中进行编辑和图层转换，实现DLG制作。（2）进行DEM和DOM制作。自动空间三角测量完成借助Map Matrix4平台通过自动匹配生产测区DEM。根据编辑的高精度DEM，可以对影像进行几何纠正，在航天远景EPT平台下通过镶嵌线自动搜索和人工编辑，并进行适当的色调均衡处理，自动镶嵌处理成全区正射影像。对全区DOM进行图廓整饰和图面注记可制作正射影像挂图，实现DEM和DOM绘制。

4 总结

水电工程测绘中无人机低空摄影测量技术应用在其技术上实现了智能化、科技化处理，为我国水电工程测绘技术的改进奠定了基础，其应用具有重要的实践意义和工程价值。

【1】杨俊成.低空摄影测量在水利工程中的应用[J].科技创新与应用，2016,1(5):151-153.

【2】王光彦，姚坚，李登富，等.低空无人机遥感在水利工程测绘中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2016,5(4):113-115.

【3】王洛飞.无人机低空摄影测量在城市测绘保障中的应用前景[J].测绘与空间地理信息，2014，2(7):217-219.

【4】张敏峡，范高林，范东林.基于无人机低空摄影测量技术的露天矿山开采监测研究[J].世界有色金属，2016,17(7):73-74.

Application of UAV Low Altitude Photogrammetry Technology in Surveying and Mapping of Hydropower Engineering

FU Hai-jun
(Liaoning Province Photogrammetry and Remote Sensing Institute,Shenyang110000,China)

UAV low altitude photography technology in the application of hydropower engineering surveying and mapping further enhancesthe accuracy and efficiency of hydropower engineering surveying and mapping, for the development of China's hydropower project lays thefoundation of development . In order to further optimize the application effect of UAV low altitude photogrammetry technology, deepen itsapplication value, this paper analyzes the application of low altitude photogrammetry technology in hydropower engineering surveying andmapping. It has improve the quality of low altitude photogrammetry technology and the make a contribution to technology innovation.

water and electricity engineering; engineering surveying and mapping;UAV low altitude photography;measurement technology

TU198+.3

B

1007-9467（2016）12-0191-03

2016-10-29

付海军（1974～），男，辽宁沈阳人，高级工程师，从事工程测量与航测遥感技术研究。