天狼星无人机系统在张掖市水利勘测设计中的应用

李东萍

（甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000）

1 水利勘测设计工作的难点

水利勘测设计是保障水利工程建设 “有质”的源头性工作，其重要性关系着水利工程的投资和安全。水利勘测的工作内容主要包括水利工程测量、水利工程地质勘察、水文地质调查和项目区人文、气象和社会经济调查等。作为为水利工程设计提供重要且可靠依据的勘测工作，其工作的难点在于：面积大，张掖市民乐洪水河、山丹马营河、高台新坝等几个大灌区改建项目测图面积均在80 km2以上；战线长，山丹河河道治理、山水林田湖草生态治理大沙河项目、山丹河河湖划界等，战线长度均在30 km以上；设计周期短，近年张掖市水利工程建设项目往往启动突然，经招投标确定设计单位后，预留给设计的时间非常有限。综上，如何在有限的时间内完成面大、战线长设计精度要求高的项目勘测工作，是对设计单位如何利用新技术、新工艺组织完成前期工作的重大考验。

2 天狼星无人机系统介绍及其应用于水利勘测设计中的显著优势

2.1 天狼星无人机系统介绍

天狼星无人机是拓普康的内置RTK实时差分型无人机以及一些支持性软件的高精度的智能航测系统。它突破了传统的航空测量作业模式下需要布设很多图像控制点的局限，应用于大比例尺测图领域的优势非常明显。设备的基本配置有无人机系统，地面监控站、发射电台、GPS基站等；影像处理系统有影像数据快速检查、纠正、拼接等，且在非常简单的空三加密流程中生成DOM和DEM也非常容易。

2.2 天狼星无人机系统在水利勘测设计应用中的显著优势

2.2.1 实现免像控航摄

布设地面图像控制点是在传统航摄作业模式下开展好勘测设计工作的必经工序，需要花费加大的投入和较长的工期来完成。在工作人员无法进入开展像控布设作业的沼泽地、极寒极热、大面积流沙等极端情况下，将会严重影响航摄的正常进行。而内置有RTK固定解精度POS信息的天狼星无人机系统，能够形成高精度的方位元素信息，在每张像片的摄影中心、照片、地面之间形成高精度几何反转模型，从而实现免像控状态下平面精度、高程精度的测量。

2.2.2 提高勘测设计工作效率

内置的MAVinci Desktop具有高集成化一键设计飞行计划的优势功能，工作人员不仅可以预先演习飞行计划，同时在真实的航摄计划过程中，只需要工作人员预先将作业的精度值(GSD)和范围文件导入系统中，无人机就可以根据地形起伏情况适应性的调整航线和飞行高度，使飞行带宽及重叠率等技术参数自动适应，大大提高了勘测设计的工作效率。

2.2.3 能够快速输出航拍成果

内置AgiSoft PhotoScan Pro+摄影测量与建模软件可以使航拍作业在完全自动化的流程中实现，即使工作人员并不专业，也能够通过简单操作就可以处理数以千计的航空像片且输出专业级的航摄测量数据。2017年4月笔者单位测绘队3人利用24架次的天狼星无人机对山丹县马营河（有效作业面积14.6 km2）实施勘测设计工作，外业仅仅花费5天的时间，内业数据处理及图件整理提交耗时10个工作日，为后续专业挤出了宝贵时间开展设计工作。

3 天狼星无人机系统在水利勘测设计中的应用流程

在开展勘测设计工作任务之前需要做一些准备工作，首先要对项目进行技术设计，整体性规划设计项目流程方案，确保任务的顺利实施。利用无人机系统开展外业调查的流程如图1所示。

图1 天狼星无人机作业流程

首先，利用天狼星无人机获取高分辨率的调查区域影像和数字高程模型，并依据获取的结果绘制外业调查工作的底图，做好底图的布线工作。其次，通过EPS虚拟摄影测量系统立测采集与编辑地形图，并在三维立体环境下进行工程总体布置规划。最后，根据确定的规划方案编辑提取工程区域大比例尺地形数据，为设计部门提供原始底图。

天狼星无人机采用自主研发的Mavinci Desktop飞行计划软件对测量区域进行航线设计，将规划好的航线发送到无人机，无人机将按照规划航线进行作业飞行，航飞任务结束后无人机自动将航拍POS数据传回计算机，并与影像照片进行匹配，导入PhotoScan Pro软件处理生成DOM、DSM和点云数据。

4 天狼星无人机系统应用于水利勘测设计的注意事项

利用天狼星无人机系统开展水利勘测设计工作时，虽然能够极大地提高勘测设计的效率，但在实际应用过程中需要注意以下几个问题：

1）Mavinci自动航线规划与手动航线设定相结合，提高航测效率，保障航测精度。Mavinci会根据用户设定的航测比例尺、航向旁向重叠度、给定的相机参数和采样间隔自动规划多架次航线，但是测区地形条件对航测精度的影响Mavinci是无法准确判定的，尤其是山区航测投影差对高程精度的影响最有效的解决方案是加大重叠度，为空三加密提供足够数量的数据，以保证精度，因此，机械的使用Mavinci规划的航线，测图精度是无法得到充分保障的，必须采用手动模式进行调整，以获得理想的航测数据；平原地区在保障航测精度的前提下通过手动调整Mavinci规划的各架次间重叠度既可以保障数据精度同时可大幅提高航测效率，对测图面积超过5km2的大比例尺测图，通过调整，效率会提高10%～30%，而且测图面积越大效率提升越明显。

2）航测前认真做好测区调查，确保设备安全。天狼星具有以谷歌地图数据为底图的自适应巡航功能，但是作为一种全球模型，其底图的精度十分有限，在城市高大建筑密集区、高山区实施航空摄影测量，必须提前对测区进行细致调查，在航线规划阶段有效避让高层建筑，适当加大行高，在高山区，应适当加大重叠度，大幅度加大行高，给Mavinci的自适应巡航留有较大余地，以确保设备安全；连接器是实现无人机与地面GPS基站数据通讯的关键设备，其抗干扰能力很有限，为确保设备安全，对测区内强电磁干扰源的调查至关重要，如存在干扰源，必须采取航线避让、基站远离干扰源等措施，以避免数据链路中断，给设备带来的危险。

另外，为确保成果影像的精度，通过采集影像数据检核点位置坐标与检核点实测坐标进行比较，来进行产品质量控制，确保上交的影像数据符合设计精度。

5 结语

随着张掖市水利工程建设面向大灌区改建、山水林天湖草生态治理、市内跨流域调水、病险水库除险加固等作业面广战线长、周期短的发展趋势，要想高质量的做好水利勘测设计工作，打好水利工程建设的基础，利用现代化的航测系统实现勘测阶段快速高效高精度的数据采集与处理是十分必要的。天狼星无人机系统因内置RTK实时差分型无人机及相配套的软件，可以实现免像控航摄，快速输出航拍成果，提高勘测设计效率。从而应用于水利勘测设计中具有显著的优势。但在实际应用过程中需要注意航线规划与参数设定以及高程精度的检核问题。