浅谈无人机低空摄影在涡河河道带状地形测量中的应用

张瑞红

（河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450008）

浅谈无人机低空摄影在涡河河道带状地形测量中的应用

张瑞红

（河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450008）

本文主要介绍无人机摄影测量在水利工程测量中的应用，结合现代航空摄影测量技术的发展，介绍无人机低空摄影测量的作业流程，阐述无人机低空摄影测量的特点、技术流程以及与传统航空摄影测量的比较。以生产项目为例，介绍河南省水利勘测有限公司在无人机航测技术方面的应用，总结关于无人机航测技术的一些结论并提出一些建议。

无人机；航空摄影测量；航测仪；航拍参数；GPS（RTK）

近年来，随着航空摄影测量与遥感技术不断发展与进步，无人机航空摄影测量得到广泛应用，是继卫星遥感、大飞机遥感之后发展起来的一项新型航空遥感技术，充分发挥了它机动灵活、成本低、携带方便，安全系数高、多角度多元化镜头、高距离、广范围的拍摄角度等优点。与传统的航空摄影测量相比，其在土地整理项目、局部地形图更新、紧急灾害的数据采集等多种领域有较为广泛的应用［1］。同时，它也存在影像航向重叠度和旁向重叠度不规则、像幅小像片数量多、影像倾角过大、倾斜方向无规律、航摄区域地形起伏大、高程变化显著、影像间的比例尺差异大、旋偏角大、影像容易扭曲、变形等缺点。

无人机航空摄影测量技术已成为测绘行业的热点课题，得到了广泛推广和应用。本文从生产案例出发，以目前最先进的航测技术为主线，对无人机航测的一些特殊问题进行分析，并就其存在的问题提出解决措施，以期为我国无人机航测技术在水利测绘方面的应用积累经验。

1 工程应用

根据河南省涡河河道综合治理的要求，河南省水利勘测有限公司需对涡河进行1∶5 000带状地形图测量。按照涡河河道带状地形测量数字化采集的规定，对涡河带状地形图进行无人机的航空摄影测量。

1.1 测区自然概况

涡河是淮河第二大支流，是淮北平原区河道，发源于河南省尉氏县，东南流经开封、通许、扶沟、太康、鹿邑以及安徽省毫州、涡阳、蒙城，于怀远县城附近注入淮河。涡河历史上受黄泛至深，相邻河沟，相互串流，受淤阻塞，苇草丛生，致使河道泄量增大，河床冲深刷宽，漫滩后流速递减，泥沙沉积，年复一年，两岸逐渐淤积而形成约2km宽的自然堤，河岸地形受自然堤控制，堤后地面有一段较长距离形成了倒比降，造成一种“水不逾涡”的假象。实际皖境沿岸低洼地区，备受洪水自沟口倒灌之苦，内涝也难以迅速排出。测区隶属于河南省通许县，测区全长50km，分为两个测段。

表1 涡河测区多项式法整体平差精度检测

表2 航线相对定向精度检测报告

1.2 航测仪及航拍参数

本次航摄采用低空数字航摄仪，充分发挥它影像获取速度快、操作灵活方便，以及可自由更换不同焦距的镜头、底片无变形、无需框标的特点，并且在作业前对航测仪进行了主点位置、主距及光学畸变系数的测定［2］。

本项目投入2架无人机、2套型号为佳能EOS 5D MarkII低空数字单反数码相机，航摄长度50km，面积153.86km2。本次航摄焦距24mm，相对高度1 497m，航摄基线长度524m，航向重叠65%，旁向重叠35%，像幅大小为5 616mm×3 744mm，航片分辨率为0.4m。

1.3 航拍作业流程

无人机航测作业流程如图1所示。

图1 无人机航测作业流程

1.4 摄影条件及像控点测量

利用无人机对该测区进行两条航带的航摄，飞行质量良好，影像清晰度高，照片色彩均匀，饱和度良好，能够清晰判断地物信息，可满足1∶5 000成图要求。

控制点测量采用GPS实时动态定位（RTK）的方法进行测量，像控点对最近基础控制点的平面位置中误差不大于0.3m，高程中误差不大于0.3m［3］。

1.5 空三加密及成图

空三加密采用北京四维远见公司开发的TG-AT加密软件进行。无人机自重较轻，受风力等因素的影响，飞行姿态不稳定，飞行倾角、旋偏角过大，航线弯曲、像片比例不一致，容易扭曲变形等，采用自动与手动相结合的方法进行空三加密，涡河测区多项式法整体平差精度检测和航线相对定向精度检测报告分别见表1和表2。

1.6 地形数据采集

利用JX4G数字摄影测量工作站成图系统进行数据采集。在测图过程中，发现河道及河道附近地形变化比较大，地物复杂，树木繁多，水域面积大，数据采集有一定的难度。不同的作业人员采集高程差距很大，造成河道附近无法接边，为了证实高程和平面精度是否过大，我们采用同一套设备，在同一测区，由不同作业人员进行实测，发现平面位置误差小，满足精度要求，离河道较远的平地点高程误差小，河道内及河道附近高程误差大，尤其是水面及有树木遮挡的地方。为此，我们重新定向，检查定向精度，单模型中误差等未发现异常现象，因此采取内外业结合的方式，高程采取全野外GPS（RTK）成果来解决高程不稳定问题，平面采取JX4G数字摄影测量工作站成图系统实测成果，结合AotuCAD2007进行数据编辑。

表3 高程精度统计

1.7 精度统计

此次项目为河道治理工程，平面精度和高程精度都应满足需要，因此抽取一段测区的数据，进行平面与高程精度统计，见表3。

从此次成果来看，平面精度完全满足水利工程测量的要求，但高程精度有所欠缺。高程精度不能满足要求的主要原因是飞行航高太高，导致地面分辨率低。

1.8 涡河河道带状地形图高程修测

因为高程精度不能满足要求，我们利用动态GPS（RTK）对涡河带状地形图的高程进行修测，弥补了无人机在高程方面的不足。

2 无人机航空摄影测量优缺点

2.1 优点

①环境因素。无人机航拍受天气、地理环境影响较小，可低空飞行，飞行高度可在千米以内，方便灵活。②经济方面。无人机航拍成本低，效率高，安全系数高，携带方便，操作灵活，低空飞行不受管制，随时可飞行，节省了人力物力。③拍摄效果。无人机机载相机型号多样化，遥控操作，镜头灵活，多角度拍摄，分辨率高，打破传统拍摄的局限，不受云层、高层建筑物遮挡的影响，可得到纹理清晰的影像。④精度方面。无人机属于低空飞行器，为近距离拍摄，能够将地物信息表述清晰完整。精度高低取决于航摄仪及其飞行状态等，根据项目要求，可结合其他测绘方式提高其精度。⑤速度快。利用无人机航摄，不用申请空域，可以快速完成航摄。

2.2 缺点

①无人机飞行姿态不稳定，飞行倾角、旋偏角过大，航线弯曲、像片比例不一致，容易扭曲变形。②像片像幅小，数量多，导致测图定向和立体模型套误差大。③数据采集时频繁更换相对，造成接边困难，误差大。

3 结论

通过此项目，我们得到一些结论和建议，无人机航空摄影测量技术应用于地形图成图方面存在一定的不确定性，在定向精度满足的情况下高程存在误差大的情况，我们建议面积较小、全野外作业危险及任务时间紧的情况下，利用无人机航拍成图，结合其他测绘手段，内外业结合的方法。这样虽然增加了生产成本，但是比全野外作业还是有一定的便利。与传统飞机相比稳定性较差，如果能够在飞行稳定方面及相机质量方面有所提高，无人机航测将在测绘领域占有一定地位。

本文对无人机摄影测量的优缺点及发展前景做了小结，简述了利用无人机航测1∶5 000地形图在水利工程测量中的应用。无人机航空摄影测量已成为新兴技术广泛在测绘行业发展起来，是传统测绘方式的有益补充，将发展成为行业主流，无人机航空摄影测量弥补了传统航空摄影测量的不足，成为勘察地质灾害、城市规划建设，输电线路勘察设计等方面的首选方式。无人机航空摄影测量系统证实了大比例尺航测成图的可行性，小比例尺成图的完整性。该系统的灵活性、自主性、事实更新性、多角度多元化拍摄性等已经达到先进水平。无人机摄影测量技术的发展还处于起步阶段，还需进一步增强飞机的稳定性，增加像幅大小，多镜头数码相机、高精度定位等问题，使无人机航空摄影技术在测绘行业中得到更广泛的应用。

［1］朱大康.无人机低空摄影测量影像质量控制的研究［D］.南昌：东华理工大学，2016.

［2］张祖勋，张剑清.数字摄影测量［M］.武汉：武汉测绘科技大学出版社，1996.

［3］国家测绘局.CH/Z3004-2010，低空数字航空摄影测量外业规范［S］.北京：测绘出版社，2010.

Application of UAV Low Altitude Photography in the Measurement of the Zonal Topography of the Vortex River

Zhang Ruihong
（Henan Water Conservancy Survey Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450008）

In this paper,we introduced the usage of UAV aerial photogrammetry in the measurement of water conservancy projects.Based on the development of modern aerial photogrammetry technology,the operation flows of UAV low-altitude photogrammetry,characteristics of UAV Low altitude photogrammetry,technical process,the comparison with traditional aerial photogrammetry will be included also.Taking the production project as an example,this paper also introduced the usage of UAV technology in our company and we also summarized some conclusions and suggestions on UAV technology for further development.

UAV；aerial photogrammetry；aerial instrument；aerial parameters；GPS(RTK)

P231

A

1003-5168（2017）07-0092-03

2017-06-02

张瑞红（1979-），女，工程师，研究方向：工程测量、无人机航空摄影测量。