水利工程测量中无人机航测的应用探讨

程丽

（重庆长江勘测设计院有限公司，重庆 401336）

0 引言

工程测量将水利设计图纸和工程的施工联系在一起，是一项十分重要的工作。在这方面，中国的水利工程建设越来越受到重视，并取得显著成效。工程测量在现代工程中的应用越来越多，是为了找到正确的施工位置，最大限度节约成本。对工程测量进行研究是水利建设中的一项重要工作，只有保证工程测量数据的详细和准确，才能使施工技术能够顺利进行，保证施工时间和质量符合国家有关规定。随着科学的进步，无人机航测测量和遥感技术取得长足的进步，特别是无人机航测技术在实际测量中使用较多。无人机起降灵活方便，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。可以低空飞行，提高运行效率。与传统的工程勘察相比，现场人员的投入显著减少。因此，无人机航测技术广泛应用于水利工程测量中。

1 水利工程测量的意义

要建设高质量的水利工程项目，需要一个施工环境复杂的高精度测量网。水利工程施工前都需要进行工程测量，而且必须对工程进行技术研究，因为这将解决工程中可能出现的问题。在施工阶段的勘察中，首先根据地形、技术特点、施工组织和施工方案介绍施工管理网络，然后采取各种措施满足施工要求，并进行施工质量检查。对设备进行最终检查、变形监测和安装，合理设计、校核设计理论、水平位移和调整，定期或连续监测和测量建筑物的倾斜和振动。在勘察过程中，首先对施工情况进行检查，然后解决一些问题，确保施工顺利进行。由于水利工程施工场地大，施工环境复杂。在施工准备阶段收集一定的数据，使监理工程师在具体测量中不会有太大的偏差，使测量结果更加准确。从而提高工程测量中相关工程的稳定性，并且大范围进行工程测量，能够有效地进行数据的测量工作，确保水利工程施工能够顺利进行。在工程建设中，制定一套完整的水利施工程序非常重要。在应用无人机航测之前，用传统的测量方法测量工程的工作量是巨大的，而且受技术影响，所需要的时间特别长，条件还非常的艰苦，不仅花费人力及物力，而且存在测量结果不准确的状况。无人机航测应用之后，给工作人员带来了特别大的帮助，施工人员能够拿到准确的测量数据，在提高施工质量的基础上，降低施工难度。实时的控制施工进度和施工状态，建立一系列较为完善的水利工程施工体系，可以大大降低施工中的出错率，同时提高整个工程的质量，这是我们对水利工程进行工程测量的首要原因。

2 无人机航测的具体应用

2.1 无人机飞行作业

在施工阶段应准备一定的数据，以确保准备材料的准确性。为了使测量更准确，必须仔细检查用于特定测量的仪器，其结果将有助于提高施工质量。无人机航测技术根据水利工程项目内部业务设置确定飞行区域，执行规划飞行区域的摄影航线规划和正射影响航线规划，可以快速获取高分辨率数据。通过配备的摄像头和其他传感器获取准确直观的地面信息。为确保照片分辨率一致，需要在两次飞行期间将无人机导航参数设置为在制造商默认规格允许的最大导航参数下飞行。如果两次地面分辨率都调整到5.6cm，正射镜头人机飞行高度设置为12m，无人机飞行高度设置为92m，航向重叠设置为80%，侧边重叠设置为70%。低空摄影照片的分辨率可以达到3~5cm的超高分辨率数字图像，这是常规测量无法达到的。小型无人机可在100~500m范围内进行低空航拍作业，让用户快速、高效地完成所需的结果。小型无人机单次飞行作业面积约1km2，作业效率高。无人机飞行作业如图1所示。

图1 无人机飞行作业

2.2 控制网布设

首级控制网使用当地国土资源局提供的9个GPS-C级控制点作为启动数据，重新测试控制网后，使用GNSS-RTK安装网络定位服务。水利工程项目平面坐标以CGCS2000国家坐标系为基准，高程选用1055国家高程基准。卫星定位连续运行基准服务平台提供整个水利工程项目的信号覆盖，信号良好，数据稳定，可以直接使用CORS测量图像控制点。水利工程的加密控制点，平面数据在一级控制网中进行调整，高程数据在首级控制网中进行平面拟合后应用于测量区。

2.3 建立完善的数据库

进行水利工程测量过程中，需要树立良好的服务理念，良好的服务理念能够帮助相关工作人员提高工作效率。在进行水利工程测量时，需要对测量任务有详细的了解，这就需要工作人员更加积极主动，使测量工作能够顺利进行。首先，水利工程设计、施工、计量等部门随时进行沟通，保证信息交流的畅通，实现真正的信息数据共享，以达成共识和标准；其次，水利工程的建设时基本上都是按照城市基本规划进行的，按照重点突破的原则设计的，所以进行测量时要根据先前规划进行逐一测量。最后，各部门要相互协调配合，便于统一管理，提高工作效率，避免资源浪费。进行水利工程的数据库建立的过程中，要充分考虑水利工程的管理和后期发展。而且在数据库建立时，要将所有水利工程视为一个整体，收集数据建立信息数据库。更好的发挥出数据库应有的数据管理、信息查询、统计分析等功能，让水利工程信息数据库更加完善，为水利工程提供更好的服务。

2.4 外业数据收集

在图像采集过程中，现场人员完成图像数据的第一次自检，及时发现数据缺陷，排除问题和缺陷图像，及时进行补充和重拍，保证图像质量。在平坦区域选择图像控制点，使图像更清晰。目标明确的区域有利于内业刺点。外业使用带有高分辨率相机的固定翼无人机进行数据收集。影像控制点的部署密度较高，可以满足1:2000大比例尺映射的精度要求。水库外业数据收集如图2所示。

图2 水库外业数据收集

2.5 内业数据处理

无人机采集影像数据后，会生成数字高程模型和地表模型，以及拍摄区域的数字正射影像。同时，在项目完成范围内，根据业主单位提供的施工前测绘数据，构建经过处理的TIN网络。利用ArcGIS软件生成三角网格，计算每个三角柱的开挖（填方）量，最后将区域内所有三角柱的体积累加，以水平面为计算面。同时，利用水利工程边界桩的结果，结合现状，将采集到的地形数据与水利工程建成区的施工前数字高程模型进行对比计算。

3 水利工程放样和变形监测

随着大型水利建设需求和规模不断扩大和变化，迫切需要发展快速、准确、经济、高效的空间规划技术。远程控制和通信技术将具有良好的应用前景。空间规划技术的不断创新和呈现，空间规划技术将受到越来越多的关注。无人机航测的发展，对大型水利工程在相关的施工与竣工过程中的空间形态进行实时、准确、完整的记录将越来越受到重视。无人机摄影测量和地面激光扫描具有高质量的应用潜力。然而，大型水利动、静态变形的自动监测技术和措施还有待于进一步探索和发展。有望在技术手段和操作规程、检测技术、实时监测数据处理技术等方面取得新突破。应积极开发智能分析技术和视觉表达技术，通过形态检测和变形监测，满足最新结果和质量保证的要求。

4 结语

近年来，无人机航测测量作为一种新型的航空遥感技术发展迅速，且技术日趋成熟。与传统的测绘技术相比，无人机航测测量可以捕捉具有表面特征的4D产品并且获得的信息更加全面，因此被用于多种行业和学科。无人机与GPSRTK结合，利用无人机快速灵活获取地面位置数据。GPSRTK外业捕捉影像控制点的平面和高程信息，保证航拍区域内的测量精度，两者结合生成数字高程模型，在水利工程测量中发挥重要的应用。