水利枢纽工程测量中航空摄影测量与RTK技术的应用

殷圣云

（广西桂禹工程咨询有限公司 广西南宁 530023）

当前，我国对于水利工程的建设投入非常大。拟定了非常多的中小型抗旱规划项目，例如：新建乡镇的联通工程，抗旱应急水源工程等等，在这些工程项目当中，相关的测量工作是重点工作之一，更是基础的工作部分，尤其是在实施坝址控制测量，淹没水库范围测量等与周围群众的利益密切相关。因此，在水利枢纽工程测量中，对于航空摄影测量与RTK技术的应用起到的作用十分关键。

1 航空摄影技术介绍

航空摄影技术便是利用飞机航空摄影设备，对地面实施的连续性摄影，并与地面控制点测量进行结合，实施调绘和立体测绘等相关工作，最终完成地形图的绘制等步骤。航空摄影测量应用的基本原理便是摄影过程当中的几何反转[1]。当前对于航空摄影测量，已经应用了无人机，在无人机系统当中由硬件和软件系统共同组成。在硬件系统当中，有机载系统以及地面监控系统，在软件系统当中有飞行控制系统、航线设计、系统研讨、监控系统以及检查摄影和预处理数据系统等。这些系统构成了非常完善并且快速的工作机制，每个系统之间都能相互配合，其中动力系统使用燃油系统或者电动装置。航空摄像测量系统为该系统的核心部分，是完成任务并确保安全覆盖的重要因素。

2 无人机航空摄影测量流程

2.1 外业像控点布设

对于像片的控制点测量，应用的方案为区域网布设，在正式拍摄之前需要进行的工作方法为，实地选点布控制标志以及在拍摄完成后明显地点相片试点的方法。对于水利工程当中的像控点，通常会在沿河道的两旁公路或者平坦的地面当中进行布设，因为会出现淹没的情况，所以需要在平坦的耕地上对像控点进行集中布设，并保证布设的数量[2]。

2.2 航空摄影

对于航线网的布点。可全面保障航线首尾末端上方控制点和下方控制点的相关布设，再利用主点使其垂直在方向线当中的直线上之后，要保证上点和下点在同一立体的相对位置范围当中，结合摄影区域对航线实施相应的设计，要全力保障测量区域的重叠，通常对于航线重叠度那里要提到80%。旁向重叠度要达到70%以上，要在天气良好时进行摄影，如，云雾较少，没有风，大气透明度好等等。

2.3 立体测图

立体测图可使用清华的EPS软件，为用Post Script语言描述的一种ASCII图形文件格式，通常情况下，使用photo shop来打开图像格式的EPS文件，其中有两种打开方法：①为直接打开，右键点击EPS文件，选择打开方式为Photo shop，会弹出属性对话框，设置好之后可直接打开；②为置入的方式，新建一个空白文件，在新建的空白页面左上角找到“文件”选项，然后在下拉菜单栏中找到红圈选中的“置入”按钮，在弹出的页面中直接找到打开的EPS文件即可。

2.4 外业高程采集

在完成转换的地形图平面精度当中，可对建设的基本要求进行满足，但高程依然需要进行外业测量。在实施外业测量的过程中，需要使用RTK GPS技术，全站仪技术等等，以便对点数据进行采集，之后结合测量高程编辑地形图，制定无人机摄像流程，其中具体的流程如图1所示。

图1 无人机航空摄影测量工作流程图

3 RTK GPS技术

GPS实时动态测量技术，简称为RTK技术[4]。其中的工作形式为在已经知道的点位上安排好GPS接收机，并将其作为基准站，把必要的数据，例如：基准站的高程坐标等参数进行转换。并输入GPS控制手薄，使用一台或者多台GPS接收机，将其当作流动站，这样便可使用流动站和基准站对卫星信号同时进行接收，其中基准站会将卫星信号利用基准站电台向流动站进行发送，流动站在接收到基准站和卫星信号发来的信号之后，会将其传送到控制手薄当中，这样便可进行差分以及平差处理工作，得到实时坐标测量精度以及高程测量精度，并及时将测量的精度和预设的精度进行比较，如果测量的精度未达到预设的进度要求，手薄会做出提示，询问测量人员是否接受测量成果，如接受测量成果，手薄会将测量的坐标数据，高程数据进行记录和存储。

4 实际应用分析

4.1 工程概况

某水利枢纽工程在赣江中游上游峡谷河段，其功能作用为发电和防洪并兼有航空和灌溉等综合功能，是一座大型的水利枢纽工程，其中对于流域面积的控制为60010KM2，占总体流域面积的75%。对该水利工程进行测量的范围和内容包括：测量库区、测量淹没调查、测量防护区以及测量坝址等等，对于测量工作使用了无人机航空技术以及RTK GPS技术。

4.2 库区测量的具体要求

4.2.1 水库淹没调查测量

在做好基本控制的前提下，应用GPS RTK测量技术，对水库淹没调查对象当中的高程进行测量，其中测量进度是非常关键的调查对象，对水库蓄水到正常水位选定会起到关键性的作用。所以对于高程的测量误差范围要求为±0.1m，平地以及坡度不大的地区调查对象，其高程当中的误差不能超过±0.3m，对于山地的调查对象高程，其误差不能超过±0.5m。

4.2.2 库区地形测量

库区测量需要在1：2000的地形图当中进行，这样可有效满足水库淹没调查以及移民工程规划等相关需求，其中需要应用RTK GPS与航测法成图技术进行配合，对于像片的控制点，需要应用RTK GPS技术进行测量，其中的精度平面点要求是：产生的误差不能超过±0.2m，高程当中出现的误差不能超过±0.2m。

4.3 测绘地形图

校准基准站。使用控制点对基准站进行校准的过程中，可使用的作业方式分为两种：①基准站在已知点上，可使用静态数据获取改点的坐标数据，将控制点当中的WGS-84坐标，在手薄中输入，直接进行求取，接着应用流动站，到控制点当中对坐标进行采集，之后对数据的参数进行转换；②在一些特殊的区域，没有找到合适的控制点对基准站进行设置，可将基准站随意进行摆放。简单来说便是，虚拟一个基准站，之后流动站到控制点当中对坐标进行采集。

4.4 利用影像建模

利用影响建模可选择smart3d或者pix4d。例如：对于smart3d的应用，操作并是不非常难，只需点击新建工程，依次填入工程名称、工程目录后点击ok；选择Photos选项卡，然后点击Addp hotos按钮，添加要建模的照片；点击check image files按钮，检查图片文件；检查完成后，选择Surveys选项卡，而后点击Editcontrol points按钮等相关操作，即可完成建模。

4.5 RTK作业前的抗差措施

RTK的使用，其可靠性取决于数据链的传输质量以及流动站当中的观测环境，对于该技术的使用，尽管应用了良好的处理方式，但对数据量的使用比较有限，在处理当中难免会产生一些误差。所以，在每次施工之前，要将基准站和接受装置等数据参数进行更新之后，重新实施复测检核。

4.6 内业航空影像成图

将1：20000的航空影像进行数字化扫描，这样便获取了数字影像，之后将其转变成VirtuoZo系统可以接受的格式。利用数字影像，可将扫描坐标系的参数与像片坐标的参数进行转换，自动完成内定向工作。之后，可由工作人员确定好控制点，影像匹配对同名点进行匹配，实施相对定向和绝对定向。自动空中三角测量的相关工作完成之后，便可实施相应的测图工作。其中，测图工作为交互式素质影像测图系统，可对地物图进行测量，并对地物数据进行编辑以及采集，构成数字测图文件。

5 结束语

总之，对于项目测量的速度以及精度提升，减少工程成本是水利枢纽工程需要重点解决的关键性问题。在当前的水利工程当中，测量的准确性十分关键，通常在水利工程当中会应用全站仪，以及RTK GPS数据化测图技术等，对于这些技术方法的应用可全面保证测量点的精度，但是需要消耗一些人力和物力，现在应用RTK技术与航空摄影技术的结合，构成了数字化地形地图，工作效率得到了翻倍提升，并有效降低了工作成本，提升了测量点精确度。