无人机摄影测量技术在河湖划界项目中的应用

何雄

（遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563002）

0 引言

随着科学技术的进步，航空摄影测量和遥感技术取得了长足的进步，特别是无人机航测技术在实际测量中使用较多，在水利工程测量中发挥了重要的应用。

遵义为典型贵州高山区地形，区域内河流密布，流域广泛，跨度大。采用传统的测量手段，以现有的人力物力在相应的时间内无法完成相应的测量工作。依照河长制的技术要求和工期要求，积极探索、应用先进、高效，并且符合要求的低空无人机航空摄影测量技术，做好河道划界确权前期基础数据生产，具有十分重要的意义。

1 航空摄影测量

航空摄影测量是由飞机、卫星等飞行器搭载传感器从空中拍摄的照片，配合拍摄时飞行器自带的导航定位系统，获取POS信息，结合地面控制点，经内业处理后生产数字高程模型（DEM）、数字线划图（DLG）、数字正射影像图（DOM）和数字栅格地图（DRG）。

近年来，随着国内无人机飞行器技术的不断发展，国内摄影测量先辈们不断摸索，创造出了一种新型的无人机搭载单反相机的低空无人机航空摄影技术，使得航空摄影测量不再依赖笨重而又昂贵的航摄仪。

低空无人机航空摄影一般都是轻小型无人机搭载重量约为500g的单反相机进行低空飞行，按技术要求拍摄像片，结合飞机自带的实时差分系统或者后差分系统在拍摄瞬间记录的无人机位置姿态数据，经位置校准到像片后，形成像片的姿态参数pos，两种数据形成完整的航空摄影测量原数据。

这种低空无人机航空摄影测量的优势在于对于很多区域也不需要严格的空域限制，而且飞行高度一般都在1km以内，起飞场地要求简单，操作简单，对于很多紧急情况能及时相应作出调整，在实际应用中非常灵活，这就使低空无人机航空摄影测量迅速普及大众化，得到各个测绘单位的广泛青睐。

无人机摄影测量相对于传统工程测量的优势在于：①起降灵活方便，携带方便，对周围环境和天气要求不高。一般而言，空中范围附近无障碍的平坦地面足以自由起降。②可以低空飞行，提高运行效率，让用户快速地完成所需的结果，与传统的工程勘察相比，现场人员的投入显著减少。③可以快速获取高分辨率数据。通过配备的单反相机通过低空飞行获取准确直观的地面信息。低空摄影照片的分辨率可以达到3cm的超高分辨率数字图像，这是常规测量无法达到的。④无人机与千寻RTK结合。利用无人机搭载的实时差分或后差分系统快速灵活获取像片位置姿态数据，高精度的位置姿态参数在一定的飞行条件下能够做到区域内1∶2000地形图免像控，部分区域需要结合千寻RTK捕捉少量影像控制点的平面和高程信息，联合平差，保证航拍区域内的测量精度。

2 河湖划界主要内容

河湖划界工程量大，工期短，需要确定实际控制范围，必须将界桩埋设在测量位置，才能起到划界作用。根据河湖界线的要求和指南，传统的测量手段不能满足划界工作对于工期及多样性成果数据的要求。无人机航测作为新型的航摄手段，可以快速的完成划界工作的基础数据生产，提高整体效率。

根据河湖划界的工作内容要求，无人机航空摄影测量主要任务包括以下几点：①优于20cm地面分辨率正射影像图；②间距≤500m的像控数据；③1∶2000数字地形图；④河湖水岸线及自然天然断面数据；

3 河湖确权作业流程

以遵义市汇川区仁江河河道划界项目为例，仁江河全长45km，南北走向，流域范围内有高山、旱地、稻田、乡镇、水库，地形复杂，高低差异较大，海拔在800～1300m。为贵州比较典型的地形地貌。

3.1 数码航摄

根据现场踏勘情况，分段对流域进行航拍，根据现场情况起飞高度不低于300m，航向重叠设置为80%，侧边重叠设置为70%。对于山林地段，为保证飞行安全，飞行高度选择比最高点高150m进行飞行；乡镇地段对精度要求较高，地势开阔的地段采用恒高飞行，地势狭窄的地方采用变高飞行。

3.2 控制测量

项目平面坐标以CGCS2000国家坐标系为基准，高程选用1985国家高程基准。首级控制网使用当地国土资源局提供的3个GPS-C级控制点作为启动数据，采用GPS静态采集全段均匀布设4对GNSS四等首级控制网，在首级控制网的基础上同等加密控制网。

高程控制采用四等GNSS拟合高程，在解算软件中加入地球重力场模型EGM2008进行拟合解算。

以上数据作为基础数据，使用RTK及千寻系统，校正控制网坐标后，对测区进行像控点采集。全测区每隔600m河流两边做一对象控点，在无法施测地区采集高程点，保证全区域控制均匀。

3.3 内业数据处理

将影像数据和pos数据导入godwork（空中三角测量软件），进行一键空三，提取连接点，完成pos平差，导入控制点，刺完点后，进行控制网平差，检查符合精度要求后，导出测图成果。

3.4 成果制作

3.4.1 立体维测图

将空三成果导入mapmatrix中建立测图工程，在立体环境下，按照1∶2000地形图图式规范完成测区内全要素地形地貌采集。检查无误后，输出最终成果。

3.4.2 正射影像图制作

将空三成果导入pix4d完成正射影像图制作及DSM数据。

3.5 成果应用

将测得的1∶2000地形图和正射影像图作为河湖划界的工作底图，根据要求在工作底图上划定河流管理范围线，布设等距边界点和拐点的界址，外业埋设界桩，根据工作底图中提取的边界点坐标控制边界线。界桩和实测坐标根据现场实际情况进行微调，将反馈的外业坐标重新布设在内业范围边线上，根据最终外业的边界坐标修改地图上控制区域的边界。

4 工程应用亮点

4.1 变高飞行

河湖划界工作主要是在有河流的地方，多为山谷地区，对于航摄要求很高。对于需要进行DLG采集的航摄一般需要测区内航高一致，且相邻测区航高变化≤50m，如果严格按照要求执行，则在很多支流区域，为了保证航摄要求，必须将整个测区细化成很多个小区，这样划分将极大的降低航拍效率，加大数据量，也增加了不少内业工作量。

在实际作业中，利用飞马D2000自带的变高飞行功能，在确定测区无高压电杆电线的情况下，延河沟设计两条航线，进行变高飞行，极大的提高了飞行效率，节省了飞行时间，也减少了数据量，提高了内业效率。

4.2 免像控技术

经测试，项目中发现，飞马D2000的实时差分技术搭配40mm镜头，在航飞高度不超过500m时，特别是在变高飞行的情况下，精度满足1∶2000地形图作业要求。这种方式能极大的节省外业控制时间，特别是在山林地区，很多地方无法采集像控数据，这种作业方式同样能够保证成图精度。

4.3 DSM应用

在项目非常紧急的情况下，来不及成图。可以使用PIX4D软件对原始数据进行匹配计算，得到正射影像图的同时，输出DSM成果。利用EPS2020地理信息工作站倾斜摄影三位测图系统的垂直摄影功能，加载DSM，可以将PIX4D生成的彩色点云，导入软件，利用三维界面，在点云上进行断面测量，及岸线规划和界桩点布设。这种方式极大节省了过程数据的生产过程，DSM精度高，也满足规划要求，与后期成图后的精度一致，可以作为最终成果应用，而且该模式的DSM接近实景三维的效果，对于规划人员更加真实，接近现场实际情况，规划布设精度更高。

5 结语

总而言之，利用无人机摄影测量技术在河湖划界工程，特别是一些新型技术、成果应用方式，与传统测量方式相比，可以极大的节省人力物力，能有效提高河湖测量项目的工作效率，降低实地勘察工作风险。通过使用无人机摄影测量结果绘制的地形图，精度完全满足1∶2000大比例尺测绘的要求，这也保证了河湖划界的准确性。