小型无人机免像控在水利工程测绘中的应用研究

张荣斌

(陕西渭河生态集团有限公司，陕西 西安 710068)

1 研究背景

随着水利工程勘测设计市场竞争的日益激烈，快速高效为设计人员提供既能真实反映工程情况又能满足设计要求精度的测量成果愈发显得重要。测量成果既要反映工程区地表情况和地质状况，从不同方位反映物体的形状、大小和高差，又要得到每个地物点真实精确的工程系三维坐标，可量测地物的长度、高度、坡度、角度及面积的测绘成果，使规划设计人员如同身临其境，能准确全面掌握工程全貌全局，得到细部点的高精度空间关系，可满足多专业、多层级专业人员共同研究项目设计方案，科学合理布设建筑物。

2 测区情况和作业方式

2.1 测区情况

洛惠渠龙首坝水库枢纽位于陕西省渭南市澄城县状头村，是我国近代著名的水利科学家、教育家李仪祉先生主持建设的“关中八惠”之一，为增加灌溉引水量、肥田改土、减少黄河下游泥沙等方面做出了重要贡献。本项目测区范围0.36 km2，长约0.8 km,宽约0.6 km,最低点海拔383 m,最高点海拔432 m,测区高差49 m,测区范围以河道及两岸为主，地形复杂，交通不便，飞行条件较好。

2.2 飞行平台

本工程采用精灵 Phantom 4 RTK，集成全新RTK模块，支持搭配D-RTK 2高精度GNSS移动站，拥有更强大的抗磁干扰能力与精准定位能力，获取实时差分数据，提供实时厘米级定位数据，显著提升图像元数据的绝对精度。飞行平台总重量1 391 g，最大起飞海拔高度6 000 m，最大上升速度6 m/s，最大下降速度3 m/s，最大水平飞行速度50 km/h；搭载图像最高辨率5 472×3 648单片有效像素2 000万(总像素2 048万)，传感器尺寸1英寸CMOS，镜头焦距8.8 mm(等效35 mm)。

2.3 飞行及像控布设

图1 飞行航迹点图 图2 像控点布设图

2.4 建模和数据采集方式

本次研究共获取346张影像，分别采用有像控和免像控两种形式，采用ContextCapture(smart3D)软件进行空三解算和三维建模，采用清华三维Eps软件采集检查成果精度。空三解算成果见图3，三维实景模型见图4。

图3 空三解算成果图 图4 三维实景模型

3 不同测绘方式工作效率及精度对比

3.1 工作效率

采用人工测量、倾斜摄影航测布控和免像控三种作业方法，对项目内外业工作量、工作时长、成果类型对比见表1。

表1 不同作业方式工作效率及成果类型对比

表2 倾斜摄影测量布设像控和免像控精度统计 m

从表1中可以看出:

(1)人工测量外业工作投入远远大于航测技术，航测布像控外业工作投入远远大于航测免像控；人工测量内业工作投入略小于航测技术；

(2)人工测量的工期大于航测技术，航测布设像控工期大于航测免像控；

(3)人工测量的成果类型仅有DLG (数字线划地图)，而倾斜摄影航测技术除有传统航测的4D产品外，还有测量精度的可量测三维实景模型。

3.2 精度对比

为研究倾斜摄影布设像控与免像控的成果精度，本次以人工测量实测点为基准，选取20个测区特征点进行精度检查对比，检查对比数据统计见表2。

从表2中可以看出:

4 结语

通过三种不同摄影测量方式内外业工作量、工作效率、成果类型，以及成果精度对比研究和统计分析后认为，小型无人机精灵Phantom 4 RTK采用倾斜摄影航测技术较人工测量，既可大大减少外业工作量和缩短工期，又可为设计人员提供多样化的测绘成果，尤其是可量测的高精度实景三维模型，大大提高了设计人员对现场的感知度，为科学论证设计方案提供条件；另外，采用精灵Phantom 4 RTK免像控技术虽在精度上较布设像控有所衰减，但满足1:500地形图测绘精度，并进一步减少外业工程量、缩短工期，可在小面积水利工程测绘中成为新的作业方式。