低空无人机航测在水利空间布局规划划界测量中应用

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司 合肥 230022）

1 引言

水利工程是实施防洪排涝、农业灌溉、抗旱供水、生态调节的重要基础设施。为了充分发挥水利工程效益，切实加强水利工程管理，对于保障其防洪、供水、水生态安全、促进社会经济可持续发展都具有重要意义。但由于历史原因，一些水利工程存在管理范围边界不清、权属不明的现象。为贯彻新时期治水方针，落实国家关于建立国土空间规划体系并监督实施的有关部署，安徽省水利厅编制了《安徽省水利基础设施空间布局规划——河湖和水利工程划界范围及技术要求补充说明》（简称《补充说明》），明确了划界范围，细化了相关技术要求。

安徽省大别山大型水库群以防洪、灌溉为主，兼有发电、水产和城乡供水等功能，是淠史杭灌区的主要水源，也是合肥、六安、淮南三市的城市集中供水水源地，对安徽省的经济发展和社会稳定发挥了不可替代的作用。水库群分布于大别山区，保护和划界范围内山体陡峭、植被茂盛、陡崖众多，形成了众多人工难以到达的测绘困难区域。划界测量如果采用全站仪或RTK 测图等传统方法，将会给作业人员带来安全风险，也容易造成漏测。而这些困难区域大多邻近水域，是划界测量的重点，如有遗漏将会给后续划界确权带来很大问题。低空无人机航测系统具有机动灵活、高效快速、成果丰富等特点，在快速获取地表点云、数字正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）等方面具有传统测量方式无可比拟的优势。

2 项目概况

安徽省佛子岭—磨子潭—白莲崖三大水库（以下简称佛磨白水库）空间布局规划划界，主要是划定库区（包含坝区）管理范围线和保护范围线，其中佛子岭水库管理范围为移民线128.51m（1985 国家高程基准，下同）以下区域、磨子潭水库管理范围为移民线192.51m 以下区域、白莲崖水库管理范围为移民线208.81m 以下区域，佛磨白水库保护范围线划定以管理范围线外至第一道分水岭脊线之间的陆地。

由于项目测区属于常规测绘困难地段，为了高效快速完成任务，完成外业数据采集与内业数据处理，配置数据采集和数据处理设备，包括高精度GNSS 接收机、无人机搭载Lidar 和工业级像机的双传感器系统、云数据处理平台等。

3 作业技术流程

3.1 控制测量

采用GNSS 接收机利用AHCORS 进行控制点测量，点位平均间距约4km，平面系统为CGCS 2000坐标系，高程系统为1985 国家高程基准。鉴于三大水库跨度较大，对三大库区分区进行坐标转换参数计算，计算后最大平面校正残差1.2cm，高程校正残差6cm。

3.2 低空摄影测量

利用无人机低空摄影测量，完成佛磨白水库基础地形地貌数据获取，通过外业查勘、航线规划、外业航飞、数据处理、成果输出、精度检查等步骤完成数据采集与处理工作。

3.3 地形图测绘

采用无人机搭载双传感器，包括激光扫描仪和相机，进行1∶2000 地形图测绘。低空摄影测量获取的地表点云，可快速采集测区的地貌地形；获取的数字正射影像，可直观绘制测区的地物地形。同时，地表点云可快速生成数字高程模型，将DOM和DEM 套合生成地表三维模型，从而将测图模式从二维转换成三维，实现了裸眼下三维立体测图。

3.4 管理范围线划定

以测区的1∶2000 地形图作为底图，利用处理软件在地表点云数据中提取出相应高程，结合地形图地形地貌特征绘制出库区管理范围线。

通过1∶2000 地形图确定水库建筑物边缘线及主、副坝背水坡坝脚线，根据《补充说明》的条款及管理单位的实际要求，确定建筑物边缘线及主、副坝背水坡脚线外扩长度，获取坝区管理范围线。

3.5 保护范围线划定

以1∶10000 地形图作为底图，结合高分辨卫星遥感影像，利用专用软件结合空间分析及目视判读手段，进行分水岭脊线的初步绘制及修测，获取水库保护范围线。

4 技术措施及精度分析

4.1 飞行措施及精度

根据项目地理环境及内容要求，TS600 低空无人机载系统同时搭载双传感器，从航线规划、数据处理两大部分进行分析研究，制定适合山区水库航飞的解决方案。

（1）航线规划。为了保证点云密度满足需求，单架次相对飞行航高必须保持在500m 以内，如果单架次内地形起伏相对高差超过500m 时，需进行分段航飞。

（2）点云数据处理。由于佛磨白水库测区山势陡峭，Lidar 数据后处理过程中会出现地表点云分类有误情况，按照通用分类方式会将地面点云直接分类至低植被图层中，导致大量地面点丢失，从而无法准确绘制管理范围线。因此，需要修改点云分类参数，例如，地面点提取过程中的Iteration angle 取值，一般山区取值不能低于10°。因此，需要在不断调试分类参数的过程中提取准确的地面值。

4.2 数据后处理

无人机每一架次的飞行数据可超过50GB，如此庞大的数据处理必须有高效的数据处理工作站。该项目采用泽塔云数据处理平台，将基础数据采集与数据处理进行了无缝结合，并且最大化优化了工作效率，快速有效获取到高精度地表点云数据（数据）、数字高程模型、数字正射影像，为水库空间布局规划提供了准确的基础数据，高效解决了数据后处理问题。

4.3 地形测绘

地形测绘主要解决的是地形地貌与地物分布及属性特征。低空无人机载系统获取的点云及数字高程模型可形成地形地貌，再通过EPS 等软件生成地形等高线。地物先采用数字正射影像绘制，然后人工进行少量修饰。例如，等高线遇建筑物、斜坡、陡坎等特殊地形时需通过人工判别方式进行修饰。该项目通过自动生成等高线结合人工绘制地物基本解决了地形图的测绘，将测绘模式从全野外测绘转至内业测图结合外业调绘的方法，提高了工作效率、降低了外业强度。

4.4 精度检查

（1）内符合精度检查。检查目的为确定所有航测成果相对精度保持统一，方法采用相邻架次航飞成果DEM 数据套合叠加，进行架次区域间高差可视化分析检查。例如该项目对031502 与03601 两架次叠加区域进行DEM 数据比对分析统计（见图1），高差在0.3m 以内的占到82%，且高差超出0.3m 的大部分分布在测区边缘，两架次的内符合精度满足相关规定要求。

图1 相邻架次DEM 叠加高差分析统计图

（2）外符合精度检查。检查目的为确定航测成果与要求的精度统一与符合，方法采用人工GPS RTK 抽样采集一些具有明显特征的地物点（如房角）及高程点（包括裸露地面的高程和植被覆盖下的地表高程），将人工采集点与模型数据进行比较分析，确定模型的外符合精度。该项目共检查地物点105点，高程点128 点，将检查点与DOM、DEM 数据分别进行比较，在允许中误差倍以内（含倍）的误差值均参与数学精度统计。经计算，DOM 平面精度为±28cm、DEM 高程精度为±21cm。

5 结语

低空无人机航测系统具有灵活机动、快速高效、成果丰富等优势，有效弥补了传统测量方法的不足。在内业环境下，通过数字表面模型模拟出真实地表情形，解决了三维立体测图，还解决了规划定线的提取。通过实际项目的验证，低空无人机航测技术能够满足划界测量工作对成果精度控制的要求，减轻了外业劳动强度，缩短了任务工期，降低了人员风险，是一种应对大面积复杂地形尤其山区地形测绘的有效作业方法■