无人机和裸眼测图技术在怀洪新河河道河势监测中的应用

（安徽省长江河道管理局 芜湖 241000）

1 工程概况

怀洪新河是淮河中游兴建的一项治淮战略性骨干工程，属淮河流域洪泽湖—漴潼河水系，流域面积12000km2，流经安徽怀远、固镇、五河和江苏泗洪县。由于自然—人工驱动的水沙及河床边界发生的变异，以及由此引发的堤防安全、险段治理等问题，开展怀洪新河河道河势稳定监测分析是极其重要。通过河势监测，系统梳理河道冲淤总量及年际变化规律，为怀洪新河安徽段河道管理及维护堤防安全提供理论支撑，同时为淮河险工险段的治理及相关技术的研发提供基础资料。

2 监测内容和方法

监测的主要内容包括：河道地形及断面测量，地形图比例1∶2000，河道断面间距500m，平面坐标采用国家大地2000 坐标系，高程采用1985 国家高程基准；利用原始地形及断面测量资料，结合本次监测成果进行断面套绘和资料汇编。

陆上地形采用无人机中海达iFlyV5 进行航拍，POS 文件获取采用PPK 方法，利用EPS 软件制作线化图。航摄比例尺1∶1000，数字正射影像图地面分辨率0.1m，线化图成图比例尺为1∶2000。水下地形测量采用横断面法，断面方向大致垂直于主流方向，测点的平面定位采用海星达iRTK2 以实时差分的方法定位，水深采用HY-1600 超声波测深仪进行测量，并由计算机控制进行同步采集存储，确保平面定位与水深测量同时同位进行。本文以陆上无人机和裸眼测图技术应用探讨为主，其主要技术流程如图1所示。

图1 主要技术流程图

2.1 外业航片和像控点采集

航线规划设计过程中视空域情况、河流走向灵活确定航线方向，航向重叠率设置为80%，旁向重叠率设置为70%，航摄人员时刻关注摄区云图、地方天气预报，综合决定飞行情况，航摄人员提前一周向空域主管部门提出申请。外业像控点布设主要按区域网法进行布点，一般布设在测区的四个角和中间位置，像控点的目标影像清晰，易于判别。外业测量像控点时，需拍摄现场照片，便于人工判别。

2.2 无人机内业数据处理

无人机航测数据后处理采用恩威无人机数据和航空影像处理软件，通过坐标系统设置、相片导入和像控点刺点等流程，获得测区的正射影像和数字表面模型等成果数据。DOM 和DSM 数据处理主要分为四个步骤：

（1）影像初始化：新建项目， 在项目中导入影像、飞行文件、PPK 处理过的POS文件和相机参数，进行简单的图片拼接，初步检查数据成果是否要求。

（2）像控点刺点：为了提高航拍精度，后处理中加入了像控点数据。刺点分为平面刺点和空三射线刺点。平面刺点一般在初始化处理前或使用本地坐标系时采用，在照片上刺点难度稍大，先要预估在照片中的位置，再进行精确刺点。在初始化处理完成后进行空三射线刺点，软件能自动查找照片像控点的位置，可以快速并精确地刺点。

（3）空三加密和平差：计算机对重叠的航拍照片自动匹配连接点，获取每张影像的相对姿态位置，通过对参数的改正，精确计算出空三加密成果，再进行相对和绝对平差，点云处理和纹理匹配，通过像控点对空三成果进行进一步平差和校正。

（4）质量检查和成果输出：数据处理完毕后，会自动生成一个质量报告，重点检查影像的分辨率、相机的参数差异、像控点精度和误差，对超限参数进行研判，查找原因，提出不合格的数据或补飞，直至成果符合设计书中参数要求。然后对数据进行导出，输出成果主要包括点云数据、正射影像数据和地表高程数据，还可对点云进行抽稀和制作等高线。

2.3 EPS 数字测图

导入正射影像DOM 和数字高程模型DEM，把DOM 和DEM 合并生成DSM 实景三维模型。加载超大影像时，在二维窗口中选择DOM 正射影像数据，在三维窗口加载DSM 实景表面模型，采用二维和三维联动一体化测图模式进行数据的采集，可以根据实际需要进行多视角切换，提取垂直模型高程点和等高线，提取地物的特征点，如堤防的拐点、房角、路拐等，绘制坡坎、植被，并进行文字等属性的标注。

线画图初步制作完成后，到野外进行现场调绘和修改，检查数据质量，校核点精度是否符合要求，各方面均满足后，导出DWG 格式文件，正射影像和线画图如图2所示。

图2 正射影像和线画图

2.4 质量控制

采用二级检查一级验收制度，重点检查数学精度、地理精度和整饰质量。数据质量检查包含两部分：第一部分为影像点位校核，在野外制作像控点时采集一批校核点，影像数据完毕后，检查该批校核点数据的偏差；第二部分为DWG 线画图校核，主要采用RTK 仪器对DWG 测图中高程点、建筑物拐点进行检校，通过野外获取的地形点对照地形图进行检测。

对采集的成果进行分析发现，第一部分基本定向点平面误差为0.11m，高程误差为0.09m，多余控制点平面误差为0.15m，高程误差为0.11m，满足规范和设计书要求；第二部分现场实测的坐标和DWG测图坐标进行比对，平面中误差0.13m，高程中误差0.14m，满足1∶2000 比例尺地形图要求。

3 结语

在怀洪新河河道河势监测中，利用无人机航拍和影像处理系统可快速获取河道正射影像和数字地表模型，采用PPK 技术可大幅减少外业布置像控点的工作量，使用北京三维EPS 软件平台中的垂直摄影测量模块，生成并加载垂直摄影模型，方便地进行多视角绘图，快速、高精度实现河道地形图的制作，大大提高了内外业工作效率。无人机和裸眼测图技术的发展，颠覆了传统测量模式和观念，提供高质量的测图，为怀洪新河治理提供高精度的监测基础成果■