无人机倾斜摄影在水利工程测绘中的应用分析

朱金海

（东莞市水利勘测设计院有限公司，广东东莞 523000）

1 引言

测绘工作是水利工程建设一项必不可少的工作。在传统测绘工作模式下，主要以人力为主，不仅测绘效率低，而且很容易受到种种因素的影响，导致难以获得完整的测绘信息，最终阻碍了水利工程建设的发展。而无人机倾斜摄影技术有效解决了这一问题。通过应用该测绘技术，测绘工作能够不受客观地形条件限制，通过操作无人机即可快速完成测绘作业，提升测绘工作的质量水平，为水利工程建设提供充足的信息支持。因此，有必要加强对无人机倾斜摄影技术的应用实践分析，对推动水利工程建设发展有非常重要的意义。

2 无人机倾斜摄影的概述

无人机倾斜摄影测绘技术是近年来出现的一种先进的测绘技术，采用传统无人机航空摄影测绘，一般只能从垂直角度出发，完成地物对象的拍摄测绘，获取测绘数据的角度、方式比较单一。而对无人机倾斜摄影技术而言，由于在无人机上搭载了多个摄像头以及传感器，因此，可以从垂直、侧视等角度完成对地物对象测绘数据的获取。将该技术应用于水利工程测绘中，可以有效地确保获取的相关测绘数据的准确性与完整性[1]。

用于倾斜摄影测量的无人机飞行标准要求具体包括以下几点：（1）无人机载重不小于2 kg。（2）多旋翼无人机在巡航时，要求巡航速度大于6 m/s。如果是固定翼无人机，要求巡航速度在10 m/s 以上。（3）无人机要有充足的动力续航时间，要求电池动力续航时间大于25 min，内燃机动力续航时间大于1 h。（4）无人机必须有较强的抗风性能，通常能够抵御4 级风速带来的影响。（5）在升空高度方面，要求无人机实用升空高度大于1 000 m，海拔高度在3 000 m 以上。

无人机倾斜摄影对搭载的倾斜相机也有着一定的性能要求。例如，CH/Z 3005—2010《低空数字航空摄影规范》明确指出，针对无人机垂直摄影相片倾角要小于5°，最大不能超过12°。随着信息技术的不断发展，航测软件处理能力也得到了升级优化，因此，可以将倾角大于15°的航空测绘均归属于倾斜摄影范围。实际进行倾斜摄影测绘时，关键技术指标包括两点，一是无人机能够获取不同角度影像的能力，二是无人机单次作业的广度和深度。

3 无人机倾斜摄影在水利工程测绘中的应用优势

3.1 确保水利工程测绘原始数据获取的全面性

在水利工程测绘中，无人机倾斜摄影测量技术的一大优势是能够从多角度出发，保证获取原始数据测绘的全面性。通过无人机航空测绘，能够无视地形障碍因素，多角度对地物信息进行拍摄，从而保证相应数据获取的全面性[2]。在获得相关的测绘数据成果后，测绘人员可以从相应模型出发，抽取各种格式的测绘辅助数据，如DEM 数据、DSM 数据、DOM 数据等。不仅如此，围绕所获得的测绘数据成果，可以从中导出高密度点云与图像，这些信息与原始数据有非常高的匹配度，从而为水利工程测绘工作开展提供非常重要的帮助，比如，可以结合具体的点云与图像信息，使测绘人员对现场复杂的地形有全面的了解与认识。除了可以独立运用倾斜摄影测绘数据成果以外，还可以将该测绘成果与其他技术组合运用。比如，可以与遥感技术进行组合运用，测绘人员可以直接从云端平台获得水利工程测绘区域的图像信息，从而为水利工程监测工作开展提供良好的帮助。最后，工程测绘人员还可以运用倾斜摄影测量技术，获得一些分辨率较高的水利工程航空摄影图像，再利用这些图像数据完成水利工程数字工程建模与线路规划图的制作，从而为后续水利工程建设提供充足的测绘信息支持。

3.2 提升水利工程的测绘效率

在以往开展水利工程测绘工作时，通常以人力测绘为主，而水利工程面临的地形环境复杂多变，因此，实际测绘效率较低。而通过应用无人机倾斜摄影测绘技术，可以显著提升水利工程的测绘效率[3]。首先，无人机可以低空飞行，不受客观地形条件的限制，因此，能够在短时间内快速完成“跑图”，测绘效率更高。同时无人机低空飞行时，整个操作比较自由灵活，同时也缩短了飞行周期，在既定路线规划下即可完成测绘工作，因此，同样有利于测绘效率的提升。不仅如此，从上文叙述可知，不同于传统的无人机航空测绘，无人机倾斜摄影测绘可以搭载多个摄像头，从多角度入手完成影像数据的获取，因此，不需要进行重复进行测绘，更有利于水利工程测绘数据提升。最后，在后续进行测绘数据处理方面，也可以利用相关数据处理软件对测绘数据进行批量处理，有效减轻后续内业测绘数据处理工作量，这对水利工程测绘效率提升有积极影响。

3.3 保障水利工程测绘作业的质量

优质的测绘数据质量对推动水利工程建设发展有非常重要的影响。在实际开展测绘工作的过程中，通过进行无人机倾斜摄影测绘技术的应用，能够有效保障水利工程测绘作业质量水平。具体表现为以下方面：一是在获得倾斜摄影测绘数据成果后，可以在相关先进数据处理软件的帮助下搭建测绘区域的三维模型，因此，可以实现对测绘数据成果的可视化处理[4]。不仅如此，还可以通过数值模型完成对测绘数据的编辑与分析，从而实现对测绘数据的高质量、高水平应用。二是无人机倾斜摄影测量的技术标准要求较高，尤其是在测绘平台、倾斜摄影测量像素等关键技术参数方面的要求较高，因此，获得的测绘图像更加清晰，像素水平更高，分辨率也非常高，地物分辨率能够达到5 cm 的精确度，因此，可以获得高质量的测绘数据，更好地满足测绘数据的应用需求。三是在无人机倾斜摄影技术的帮助下，可以实现泛在测绘工作开展，通过应用一系列先进的技术，减少对相关专业理论知识的依赖，保质保量地完成测绘作业工作，获得更高精度的测绘数据信息，为水利工程建设提供良好的支持。

4 水利工程测绘中应用无人机倾斜摄影的措施

4.1 测绘数据获取

在某水利工程测绘项目中，飞行平台采用了六旋翼无人机，由电池提供动力，摄像机安装数量为5 台，并结合工程实际完成了航线规划。在测绘数据获取方面，按照5 个不同方向完成测绘数据的获取。在倾斜摄影测绘技术的帮助下，共获得了2 912 张照片，影像重叠度为85%，测绘面积0.6 km2，地表分辨率为5 cm/ 像素。在地面，测绘人员在GPS-RTK 设备的帮助下，设置了6 个控制点，主要目的是处理空中三角网平差。同时另外设置了6 个点，主要目的是负责控制点的检查，从而有效推动测量工作的开展。

4.2 航空摄影

结合水利工程测绘区实际情况，预先完成无人机起降飞行场地的选择。要求选择的场地地形平坦，视野开阔，不存在高功率信号的干扰。同时还应考虑实际的天气情况，选择在晴天、无云、风力较小的时间段开展倾斜摄影测量工作。在无人机正式起飞前，还应注意检查飞机电池是否满电、遥控器是否操作正常、控制平板电脑设备是否运行正常，从而确保整个设备状态完好。在确认一切状况良好后，无人机正式开始起飞。在倾斜摄影测量过程中，要求严格按照规划好的航行路线进行飞行测量。在测量过程中，需要操作人员密切关注无人机的飞行状态，监测相关的飞行参数，掌握好各种倾斜摄影测量参数信息，无人机的飞行高度、飞行速度、飞行拍摄轨迹等。应及时结合现场实际情况，灵活做好无人机飞行摄影参数的调整，确保顺利地完成航空倾斜摄影测绘工作。

4.3 数据处理与模型构建

在水利工程项目中，在通过倾斜摄影完成测绘成果获取后，还需要对获得的数据进行处理。在实际处理时，测绘人员应用了三维建模软件Context Capture 软件。通过该软件，可以结合获得的数据，完成对测区地物三维模型的构建。在这一过程中，包含了诸多复杂流程环节，比如，需要进行数据信息的匹配，然后完成模型的搭建与修改，最后还需要对数据特征进行提取，完成对平差的调整等。一般通过利用倾斜摄影测量获取的数据，可以建立比较真实的数据模型。同时还能够对不同的数据格式进行有效的兼容[5]。

在实际进行模型构建的过程中，还需要运用仿真软件。在项目中，构建模型所需要的数据主要通过倾斜摄影策略技术获取，并对这些数据进行提取、处理。然后，主要在自动贴图技术、TIN 网络的建立以及正射影像技术的帮助下，完成空间模型的构建。此空间模型不仅包含所有的测绘信息，同时，使整体测绘图像呈现更加立体直观，从而便于测绘人员对水利工程整个测绘区域的地形地貌情况进行全面深入地了解，从而为后续水利工程设计方案制订提供充足的测绘信息支持。

4.4 精度控制

在本工程项目中，针对无人机倾斜摄影测量技术的应用，还需要通过进行检查点的设置完成对高程与平面精度的控制，其中，工程测绘精度统计部分数据记录如表1 所示。从表1中可知，在平面精度方面，最大平面误差为6.1 cm，最小平面误差为1.1 cm。在高程精度方面，最大高程误差5.3 cm，最小高程误差2.2 cm。表明该水利工程高程精度与平面精度均满足相关的要求标准。

5 结语

总而言之，无人机倾斜摄影测绘技术是一项非常先进的技术，在水利工程测绘工作开展的过程中，通过加强该测绘技术的应用可以显著提升水利工程测绘效率与测绘质量水平，能够确保测绘获得更加全面的原始数据信息。因此，有必要在水利工程测绘工作开展的过程中加强对无人机倾斜摄影测量技术的应用，促使该技术发挥出应有的价值，为水利工程建设提供充足的测绘信息技术支持，推动工程建设实现更好的发展。