无人机航空摄影测量技术在西营水库清淤中的应用

□ 司江民

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

0.前言

无人机航测是传统航空摄影测量技术基础上发展起来的一项新技术，具有机动灵活、快速高效、精细准确、成本低廉、适用范围广、生产周期短等优点，在小区域、人工测量困难地区（如潮湿的库区）快速获取高质量的影像数据具有明显优势，无人机航拍可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面。

水库清淤前需要准确得到水下地形图来计算清淤量，通过水库刚建成所测绘的大比例尺地形三维数据和清淤前所测绘的地形三维数据采用特定的算法求出所要清理的泥沙方量。传统的水下地形测量表现出测量工期长、投资高、技术难度大、精度低、危险性大等缺点。通过采用低空无人机摄影技术来完成水库水下地形图的测绘并利用高分辨率DEM计算清淤量，显著提高测绘效益。

1.库区无人机摄影测量

在泥泞库区采用无人机低空摄影测量，快速获取库底地形基础地理数据，为制作库区正射影像图、数字地面模型或基于影像的数字线划地形图提供最简捷、最可靠、最直观的数据，为计算土方量提供曲面基础数据，并且数据量大、成果现势性强、精度高。无人机具有灵活机动的特点、受地形气候的影响较小，大大地减少了野外测量的工作，既提高了工作效率又保障了人员的安全。

2.实例应用

根据西营河水利管理处的委托，甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司承担了甘肃省武威市西营水库水下地形图的测绘以及清淤量的计算工作。按照1∶500地形图的技术要求，该院航测室对库区水下地形图进行了无人机航空摄影测量。

2.1 测区概况

西营水库位于甘肃省武威市西南大约40km的西营河四沟咀，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电的中型水库，总库容2.35×107m3。

2.2 技术依据

GB/T6962-20051∶5001∶20001∶2000地形图航空摄影规范。

GB/T14950-2009摄影测量与遥感术语。

CH/Z3004-2010低空数字航空摄影测量外业规范。

CH/T3006-2011数字航空摄影测量控制测量规范。

2.3 航测仪及航拍参数选择

本次航拍采用的无人机为飞马F1000，相机为索尼α5100数码相机，传感器尺寸APS-C 23.5mm×15.6mm，有效像素2430万。本次航摄焦距20.43mm，相对高度562m，航向重叠75%，旁向重叠65%，航片分辨率0.05m。

2.4 航拍作业流程

具体航拍作业流程见图1。

图1 航拍作业流程

2.5 航线及像控点的布设方法

本测区总共布设了12条航带，由于受到风向的影响，航线方向平行于库区纵向。像控点布设在航向及旁向6片或5片重叠范围内，所布设的像控点尽量能公用，点位距像片边缘大于150像素。控制点平面精度对基础控制点平面位置中误差不超过地物点位置中误差的0.2倍，高程不超过基本等高距的1/10，通过换算可知控制点平高精度为±0.1m。由于库区是泥泞环境，不宜布设像控点，因此像控点布设在水库岸边及两边的公路旁，总共布设了18个像控点。

2.6 空中三角测量

是根据少量的野外控制点进行立体摄影测量，在室内进行控制点加密，求得加密点的精确的平面和高程位置的测量方法。其主要目的是为缺少野外控制点的摄影区域测图提供绝对定向的控制点（加密点）。本次内业加密采用的软件为PIX4Dmapper。整个加密过程采用该匹配软件进行，自动化程度高，并且精度可靠。通过PIX4Dmapper软件自动空三解算原始影像外方位元素。利用PIX4UAV的技术和区域网平差技术，自动校准影像。软件自动生成精度报告，可以快速和正确地评估结果的质量。提供了详细的、定量化的自动空三、区域网平差和地面控制点的精度。

软件操作流程为:

图2 数字表面模型

2.7 内业测图及成果检查

内业测图的基本流程为：资料准备、像对定向、立体测图、外业调绘和补测、图形编辑与接边、质量检查等步骤。

2.8 利用DEM计算土方量实例分析

工程土方量的计算方法通常有断面法、方格网法、等高线法、DEM法等。本次工程得到了格网的DEM,数据量庞大，构建的模型更加贴合实际地形，因此选择DEM法计算土方量则精度更高，成果更据可靠性。

（1）原始数据准备（原始影像、POS数据、像控点数据）。

（2）建立工程并导入数据（工程存放文件夹及工程名为数字或者字母，不可用汉字）。

（3）快速处理检查（生成快速检查质量报告，主要包括检查影像重叠度、弯曲度、倾斜是否满足要求，是否有漏片现象、相机信息是否正确）。

（4）加入控制点（选择合适的坐标系统并进行像片控制点转刺，刺点精度满足规范要求）。

（5）全自动处理（数字表面模型如图2所示、数字正射影像如图3所示）。

（6）质量报告分析

图3 数字正射影像

此次我们在库区DEM中选取200m×200m的范围，设计高程值2020m，用于计算该区域的土方量。首先在ArcGIS中选取土方量计算区域，再使用土方计算功能，得到目标区域的土方量。通过分析我们发现，该土地平整工程的范围约为40000m2，目标区域内的所有点高程均大于设计高程2020m，需要挖方152833.54m3。

3.结束语

通过对无人机低空航空摄影测量技术在水下地形图的测绘以及后期利用高分辨率DEM计算土方量的研究，无人机测量技术在快速获得高分辨率DEM及正射影像方面突显出很大的优势。相比较传统测量方式，在库区采用无人机测量技术，外业工作量锐减，缩短了工期，既节省了成本，又保障了人员安全，大大提高了工作效率。同时，利用高分辨率DEM计算土方量，其计算精度较传统的断面法、等高线法更高、更可靠，比传统的方格网法数据量更丰富，成果更具真实性。

参考文献：

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