倾斜摄影测量技术在水利工程测绘中的应用

万会明

（中铁水利水电规划设计集团有限公司，江西 南昌，330029）

现阶段，随着我国水利工程信息化的程度不断提升，越来越多先进的测绘技术应用于水利工程建设当中，为水利工程建设与管理提供了科学的建设依据，其中倾斜摄影技术就是最为典型的一种。刘东[1]（2021）将倾斜摄影技术界定为测绘遥感领域中逐渐发展起来的一项高新技术，能够将多个立体传感器建设在同一飞行平台之上，并利用倾斜、垂直等摄影角度进行水利工程相关数据的收集，从而最大程度保障数据信息的准确性以及完整性。同时，路海涛[2]（2018）认为，倾斜摄影测量技术具备大范围、高精度等优点，能够为国土、灾害应急、水利、油田、旅游、智慧城市、军事以及农业等多个行业提供集二维、三维为一体的数据信息。因此，将倾斜摄影技术应用于水利工程测绘当中，能够全面提升工程测绘的整体质量及智能化作业水平，进而为水利工程建设的高质量实施提供有力保障。

1 作业流程与技术要求

1.1 作业流程

倾斜摄影测量技术是利用无人机进行空中飞行测量的一项高科技技术，其主要特点为通过倾斜摄影技术，将多个摄像头安装在无人机上，并通过倾斜、垂直等不同角度进行工程测绘以及数据信息的收集，能够有效保障水利工程建设中地理表面数据信息的获取更加完整与精准，进而为后续的水利工程建设奠定基础[3]。倾斜摄影测量的基本流程包括数据采集、数据处理、模型构建以及精度分析四个方面，具体情况如图1所示。

图1 倾斜摄影测量的基本流程

1.2 技术要求

倾斜摄影测量中，数据信息采集的基本技术规格与相关要求如下：其一，摄影测量获取的图像应为真彩色数字图像；其二，地面的分辨率需要充分满足比例尺地形图的相关精度要求[4]；其三，摄影照片的旁向以及航向重叠度需要满足测绘要求；其四，图像需要满足对比度适中、清晰以及色调明亮且柔和等质量要求；其五，填充漏洞，即在航拍的过程中很可能受各种外界因素的影响，导致部分拍摄区域的影像质量不达标，甚至无影像覆盖，因此，需要按照原航拍路线以及相关参数，对不达标以及漏拍的区域进行补拍，进而最大程度保障倾斜摄影测量数据的准确性以及完整性[5]。

2 倾斜摄影测量在水利工程测绘中的应用优势

2.1 降低水利工程测绘成本

通常情况下，倾斜摄影测量以无人机低空飞行为主，其对环境以及天气等要求相对较低，并且整个操作流程灵活、便捷，既能够缩短无人机飞行周期，大大减少操作人员的数量，又能够有效提升摄影测量的工作效率，进而全面降低水利工程测绘的飞行成本[6]。另外，与传统航拍技术相比，倾斜摄影测量技术具有明显优势，不仅能够在一架无人机上搭载多个摄像机，而且能够获取到多个不同角度的影像数据，同时在对摄影图像进行后期处理时，采用自动化批量处理的方式，能够在一定程度上节省建模时间、减少航拍次数，并且节省工程测绘劳动力成本，进而在获取精准、完整地表数据信息的同时，能够有效降低摄影设备的损耗。

2.2 获取水利工程测绘原数据

倾斜摄影测量技术应用于水利工程测绘中，最首要的优势就是能够获取原数据，即多角度影像。具体情况如下：其一，工程测绘人员利用倾斜摄影数据，能够在模型中提取各种测绘辅助数据，如DOM、DSM、DEM等[7]；其二，工程测绘人员可以在倾斜摄影数据中，直接导出与测绘原数据相匹配的高密度图像以及点云，为水利工程测绘工作提供辅助作用，进而帮助施工人员充分了解测绘现场的复杂地形；其三，将倾斜摄影测量技术与遥感技术相结合，能够在云端直接获取工程测绘区域的图像，切实满足水利工程建设中监测工作以及重复测绘工作的需要；其四，工程测绘人员可以通过倾斜摄影测量技术，获得高分辨率的摄影图像以及航空影像数据，并以此为依据制作出数字高程建模以及数字线路规划图等，进而为后期的水利工程建设提供重要的数据支持[8]。

2.3 提升水利工程测绘的质量与效率

水利工程测绘中，倾斜摄影测量技术的应用能够有效提升测绘效率及整体质量。具体情况如下：其一，工程测绘人员将倾斜摄影测量技术与计算机软件技术相结合，能够构建出工程测绘区域的三维模型，具有较好的可视性，若对其进行量取、编辑以及立体测图等操作，既能够给决策者带来身临其境的感觉，帮助其做出正确的判断，又能够进一步提升水利工程测绘的工作效率；其二，据相关数据显示，利用无人机低空飞行进行倾斜摄影测量，不仅能够保证摄像机具有较高的清晰度，而且摄影数据的地面分辨率可优于5cm，并且在1天时间里可以获取到1km2的测量数据，可见倾斜摄影测量的工作效率较高[9]；其三，利用倾斜摄影技术能够实现泛在测绘，即将POS、TBS等新技术应用于工程测绘当中，使测绘人员可以打破以往对于理论专业知识的依赖，确保其只要具备最基本的无人机操作技术，就可以在任何时间、任何地点创建地图过程，并完成工程测绘工作，从而在提升水利测绘质量与效率的同时，进一步提升测绘精度[10]。

3 倾斜摄影测量在水利工程测绘中的具体应用

3.1 工程概况

以某水利工程为例，对倾斜摄影测量在水利工程测绘中的具体应用进行分析。

在实际的工程设计中，9台离心泵分别向3个不同方向的市区供水，预估需要产生4.48×105t的日平均输水量。此水利工程测绘工作中，测绘人员将BIM技术与倾斜摄影测量技术相结合，以期全面提升水利工程测绘的整体质量。其中，无人机倾斜摄影航测工程区域地形图如图2所示。

图2 某水利工程区域航测地形图

3.2 数据采集

在此水利工程测绘工作中，测绘人员将实际的工程情况与区域环境相结合，并以此为依据制定了完善的倾斜摄影测量数据采集措施，即在六旋翼无人机上安装5台摄像机，按照既定的航线设计对5个不同方向进行影像采集。工程测绘人员通过使用倾斜摄影测量技术共拍摄照片2 850张，测量总区域面积为0.5km2，其中影像重叠度85%、地表分辨率为每像素5cm。另外，测绘人员利用GPS-RTK设备对地面均匀分布的6个采集控制点实施空中三角网平差处理，并将另外6个点视为检查点，进而为水利工程测绘提供重要的数据保障。

3.3 数据处理

在此水利工程测绘中，数据处理工作由测绘人员利用Context Capture（三维实景建模软件）完成。具体而言，通过Context Capture软件对水利工程测区进行3D模型重建以及空中三角测量，主要包括数据匹配、模型建立与修改、特征点提取、整理与提交以及调节平差等，并且所测量的数据具有数据量小、模型真实以及能够兼容多种不同数据格式的优点。具体数据处理流程图如图3所示。

图3 数据处理流程图

3.4 模型构建

受水利工程测绘现场以及测区条件的影响，工程测绘人员利用倾斜摄影测量技术进行测绘工作时，应在充分结合水利工程实际情况的基础上，利用仿真软件进行水利工程测绘的模型构建。此水利工程测绘中，主要利用倾斜摄影测量技术对数据信息进行收集、汇总、提取以及处理等工作，并严格按照相关流程进行工程测绘，同时通过TIN网构建、自动贴图、实景三维模型以及正射影像等操作，构建出具有透明、直观以及立体等特征的空间模型，帮助工程测绘人员进一步了解工程测绘区域的实际地理情况，最大程度避免了水利工程测绘出现误差的情况，进而为水利工程建设奠定良好基础。

3.5 精度分析

此水利工程测绘共选择10个检查点进行高程精度以及平面精度检测，具体检测情况如表1所示，其中最小高程误差为2.1cm、最大高程误差为5.2cm；最小平面误差为1.1cm、最大平面误差为6.2cm，与相关技术规范相比，此水利工程测绘的高程精度与水平精度均符合标准。

表1 某水利工程测绘精度统计表

4 结束语

综上所述，随着我国社会经济以及科学技术的不断发展，使得倾斜摄影测量技术得到了进一步的完善，将其应用于水利工程测绘中，既能够充分保障测量数据的准确性以及完整性，又能有效提升工程测绘的整体质量以及测绘效率，进而为水利工程的后续建设夯实基础。然而值得注意的是，虽然倾斜摄影测量技术在水利工程测绘中具备了一定的优势，但是在未来的水利工程建设中，仍需要在保持现有优势的基础上，充分借助科学技术提升水利工程测绘的质量以及水平，促使水利工程测绘工作能够切实满足社会发展的新要求，并逐渐朝着现代化、高精度化、智能化以及数字化的方向发展，进而全面推动我国水利工程测绘行业实现高质量、可持续发展的目标。