无人机倾斜摄影测量技术在水库库容量算中的应用

李鑫龙，阮宝民，陈和权

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130062）

0 引言

无人机摄影测量系统是近年来出现的一项新兴测量技术，作为一项空间数据获取的重要手段，可以实现影像的实时传输、高危地区探测[1]，具有技术灵活、成本低、高效等优点[2]。随着科技进步，无人机摄影测量技术在软硬件方面有了巨大的突破，免相控技术的出现使得生产效率有了更大的提升，利用倾斜摄影测量技术可以自动生成三维模型和数据点云，简化了后续绘图工作，可以为水库库容量算提供精准的基础数据。

目前水库库容的常规计算方法大致有几种：地形法，通过常规的地形测量，获取库区的地形图资料，通过应用不同的插值模拟方法计算水库库容容量；断面法，通过测量库区内布设的断面及计算软件估算库区库容；混合法，将几种方法综合使用。对比几种方法，在库容求取过程中，都存在人工重复操作繁琐、自动化程度低等问题。随着航测遥感技术的发展，数据采集和计算方法变得愈加丰富，刘东、李艳利用遥感技术成功估算了鄱阳湖库容容量[3]；张晨、牟乃夏等人应用无人船等技术手段精确计算了梅州水库库容量[4]；王珂应用三维激光扫描技术对地下洞库库容进行了计算[5]；何亮、李端有等人基于ArcEngine和多波束技术实现了水库库容的高精度计算分析[6]。

下文以黑龙江某地区抽水蓄能项目为依托，应用无人机倾斜摄影测量技术进行库区地形数据信息采集，基于ARCGIS技术，建立库容容积计算模型，从而实现库容容量与曲线图的半自动化生产，最后通过与实测数据的对比分析，分析模型精度，最后总结出一套完整的计算流程，为今后水库库容量算提供一种新的计算方法。

1 工程实例

1.1 工程概况

此次工程为黑龙江省某地区的抽水蓄能电站施工项目，测区位于牡丹江中下游地区，属于寒温带大陆性气候，四季分明，春秋季短，夏季高温多雨，冬季漫长寒冷。年平均气温4.4℃，年平均降水量540 mm。项目区平均海拔400 m，丘陵遍布，山峦起伏，层峦叠嶂。项目要求计算项目区上库盆区域水库库容，测量面积约1.1㎞2。

1.2 无人机选取

根据技术设计书设计航测区域，结合测区综合考虑安全、效率、效果等因素。采用华测P560六旋翼无人机搭载睿铂RIY-DG3倾斜相机进行高精度倾斜数据采集，P560无人机是上海华测导航股份技术有限公司自主研发的专业级旋翼无人机飞行平台，采用免工具快拆结构，航摄时间长、抗风性能强、负载能力强，并具备一定雨中作业能力。

1.3 航摄仪确定

航空摄影测量的地面分辨率取决于无人机航摄高度与航摄仪的选取。此次航测项目选用睿铂RIY-DG3倾斜相机，设计地面分辨率为0.017 m。共飞行5架次，航测时间定为晴朗天气状况下10:00—12:00进行。

1.4 数据处理

三维建模之前，对航片进行简单整理：剔除不合格的航片，如曝光严重、对焦失败、拍摄拖影、拍摄到无人机脚架、构图严重不合理等；删除起飞和降落时拍摄的相片。三维建模主要包括空中三角测量、生成密集点云、构建TIN模型、自动纹理切片等过程。

利用ENVI5.1软件对处理点云数据进行数据分类与信息提取，可进行建筑物轮廓、电力线杆、树木等地物的自动提取，并完成三维模型的构建。利用剔除树木房屋等明显地物的点云数据生产DEM数据。

2 库容量算

一定设计水深范围内形成四棱柱三维立体模型，每个棱柱的体积叠加成某一设计水深的库容。在构成的立体模型中，对不同设计水位进行立体分割，可以得出不同设计水位相对应的库容和相应的设计数位面积。将各设计水位面积与相应容积绘制成图，构成相应库容曲线。该项目基于GIS平台，采用构建TIN数字高程模型的方法，利用GIS统计分析与二次开发的功能，实现库容的自动化量算，最终直接输出库容曲线图。

3 对比分析

从项目数据采集到后期计算结果检查提交，总共用时2个工作日。为了验证模型计算精度，将自动生成的库容计算数据与实测后计算数据进行对比分析，实测数据采用椎体计算方法进行库容量算，计算水库面积和相应的库容容积。选取设计高程592～600 m区间内的库容面积容积计算结果进行比较，对比结果如表1所示，V表示倾斜摄影测量方法计算库容容积值，V′表示传统实测方法计算库容容积值。可以看出，两种方法计算库容结果相差在10%左右。分析差值原因：三维模型法是将整个水库库盆范围模拟成三维模型，与实际地形高度相似，而实测等高线模拟法是将库盆地区模拟为光滑的棱锥，所以三维模型法计算结果更接近实际库容量，可以推断三维模型计算库容量方法可行。

4 结语

研究分析表明，三维倾斜摄影测量技术具有获取数据速度快、准确度高的特点，并可以将其应用在水库库容量算中。通过应用三维倾斜摄影测量技术手段，获取水库范围内的高精度数字高程模型。基于GIS技术，将获取的数据进行处理分析，自动剔除影响因素，最终实现半自动化库容曲线出图，并与实测方法进行比较分析。结果显示，应用摄影测量技术，结合GIS理论方法计算水库库容，不仅计算结果准确，而且可以节省人力物力，为以后工程、房产、地籍等测量工作提供了新的思路与方法，更为测绘事业的发展拓宽了道路。