航空摄影测量在水利工程地形测绘中的应用与分析

张朝帅

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春130000）

水利工程的不断建设与发展，推动了水利工程测绘工作的不断发展。在实际测量过程中，由于工程施工地区的面积、地形地貌、水文特征等多种地理环境的影响，加大了测绘的难度，对部分的测绘工作有着技术性的要求。与此同时，传统测绘技术的弊端也逐渐突出，不仅无法保证测量数据的精准度，更无法满足其他对测绘技术的要求，同时还造成时间、人员、资金的浪费。而随着科技的不断发展，航空摄影测量技术横空出世，并在各个领域中普遍应用，尤其是在水利工程测绘方面，不仅满足了现代发展中水利工程测绘工作的要求，更是能弥补传统测量工作中的不足，其测量技术的灵活性能有效解决传统测量工作中的问题，从而降低了测量的成本，性价比极高。

1 航空摄影测量发展现状

航空摄影测量是指通过各类飞行器与航摄仪器对地面进行连续拍摄，在二者联合应用中，控制其对地面目标控制点进行测量、调会、立体测绘等，结合实际拍摄的图片，最终实现对目标控制点的地形图的绘制。随着经济的不断发展，科学技术也在不断进步，而航天航空的发展也不仅仅局限于飞机的研制、使用和对外太空的探索，更多的是对飞行器具的研究，使飞行器具为国家的发展做贡献，航空摄影测量技术的发展正是科技研究人员对这一目标努力的结果[1]。航空摄影测量技术如今逐渐向无线自动化和信息化不断转变，利用无人飞行器配合信息技术，能对地面目标实施精准测量，例如，其中的地理信息系统重点对地面进行定点测量，而数字遥感系统更是具有强大的数据储蓄功能，对测量数据进行储存等。此项技术的发展和应用，在地质勘察以及海洋监测等诸多方面发挥着巨大作用，对中国社会的发展作出巨大贡献。

2 航空摄影测量技术的特点

2.1 可靠性

水利工程的建设会受到多方面的制约，此类工程具有极高的复杂性，为确保工程建设的质量和安全性，需要在工程实施前做好工程建设的准备工作，工程测绘工作就是其中一项环节，也是最重要的准备环节。采用航空摄影测量技术能够对各种限制因素进行有效规避，通过远程监控，根据设定路线使其飞行并进行测量，增强了飞行器工作的稳定性，提高了测量的安全性，通过航空摄影测量能够对高危地区进行拍摄，利用摄影设备的高级精密度，提升了航空拍摄测量的精准度，为水利工程建设提供精准可靠的数据支持，推动了水利工程建设的发展[2]。航空摄影测量对于测量工作有系统流程设计，在工作过程中按照系统流程设计从而完成测量任务。在拍摄之前，技术人员要按照系统流程完成飞行计划的制作。在飞行过程中，通过系统操控使其进行实时可视化操作，使飞行器辅助技术操作人员高质量地完成目标点的拍摄工作。飞行完成以后，对飞行路线进行拍摄重现，检查是否有地区遗漏，必要时立即进行补拍工作，以确保拍摄工作的可靠性。

2.2 安全性

中国幅员辽阔，地形和地理气候相对复杂，差异大，存在着一个地区多种地理风景的特殊现象。受当地地理因素影响，卫星遥感数据采集技术会受到积雪和云层的干扰，测量结果存在着误差，并且由于地理环境复杂，实际测量会对专业人员的生命安全造成一定的威胁[3]。而采用航空摄影测量技术能够完美地对上述困难进行克服和解决，凸显了科技发展的重要性。航空拍摄并不受限于航高、地形地貌、气候、界限等传统测量时出现的影响因素，保证了操作人员和测量设备的安全性，并且其成像的质量和精准度更是远远超过传统测量方法。

2.3 灵活性

在航空摄影过程中，无人机相对于其他航空拍摄设备而言，使用率比较高。无人机操作灵活，方便好学习，而且运动范围大，限制因素少，对于起降场地的要求低[4]。在利用无人机进行摄影测量过程中，在飞行起飞前的准备时间短，工作量小，在起飞后的测量工作中，根据其自身的体积小、飞行时灵活性高的特点，能在短时间内完成拍摄工作，并且其储存功能更是可以做到随拍随保存，有效地缩短了航空摄影测量的工作时间，充分体现出其灵活性的特点，提高了测量工作的效率。

3 航空摄影测量在水利工程地形测绘中的应用

3.1 在数据控制方面的应用

由于中国地理环境的特殊性，水利工程的施工现场地形通常比较复杂，在施工现场可能存在着山地地形，或者是被积雪覆盖、被树木等植被覆盖，并且地表结构复杂，导致施工的难度增加，水利工程建设开展进度比较慢，影响整体工程的建设速度[5]。在传统的测量过程中，技术人员通常使用光学仪器进行数据的测量与采集，在遇到障碍物时，仪器将无法继续测量，这种断续性测量方式最终会导致测量结果不准确。而无人机轻便小巧，不仅可以克服障碍物的阻碍，还可以对其进行数据记录，并能够将测量的数据和行进路线等完整地呈现出来，施工团队不仅有测量数据的参考，还有行进路线的参考。其对于数据的控制、水利工程建设设计和施工方向进程都有导向性的作用，从而提升水利工程建设工作的效率。

3.2 在精准位移上的作用

航空摄影测量技术的应用可以建立在空间范围之上，利用其灵活性和可靠性的特点对所需要测量的物体方位进行测量，并使用空间坐标将其完整地表示出来，使工程师有直观的感受[6]。在水利工程项目建设中，堤坝位置的确定是其一项重要的工作，水利工程是对水资源的储存和运行进行加固或改造，对民生有重要意义，其位置和建造都是需要对水流量和压力等条件进行综合考量，否则会减短堤坝的使用寿命，甚至造成溃堤，导致整个工程的崩塌，对国民造成不可挽回的严重损失。而航空的摄影测量技术具有数据分析系统，可以对水流的流速及其压力进行计算和分析，方便工程师确定堤坝建造的位置和建造工艺以及精准位移，进而提升水利工程建设质量，增加社会效益，保障国民的生活生产安全。

3.3 在工程检测上的作用

在水利工程建设施工中，因为自然条件的不稳定性，部分已经完工的工程项目会因此遭到破坏，给日后工程投入使用埋下隐患。通常情况下，这种隐患并不会被肉眼检测出来，因此需要采用航天摄影测量技术对其进行反复检查，其中的信息技术处理系统中蕴含的接收和定位系统能够直接显示器件检查到的建筑隐患，如若真实存在安全隐患，应立即停工，对隐患部分进行严密的重复施工[7]。在实际施工中，应用该项检测技术进行定期的反复检查，对一个工程而言，安全问题是其建造成功的必然条件，若是无法保证其质量安全问题，那么此工程的建造除了资源浪费，不具备任何意义，而此技术的存在可以完美解决该问题，从而提高工程质量。

3.4 在校准基站中的运用

在基站校准过程中发现，现阶段进行基站校准的过程中具体包含如下两种方式。

第一，收集现有数据，并通过数据分析得出相应的水利工程坐标数据，再直接在手册中输入坐标数据，然后再根据相应的数据结合流动站上相应的地理参数，对所有数据进行解析，并将坐标数据与相应的地理数据进行替换，在这一方法实际运用过程中，一般会用于已知点水利工程基站的数据分析。

第二，收集流动站控制点测量过后的坐标[8]。此方法在现阶段主要是用于随机放置的参考基站考察中运用。但是，在实际测量过程中，要想使得航空勘探中具有的作用能得到有效的发挥，就必须要从三方面对航空的飞行质量进行具体控制和管理：①对照片的倾斜度进行严格的控制，在飞行拍摄过程中用的照片倾斜度必须保证小于等于3°，若是此过程中发生错误，则需要严格执行测量要求的情况下，检查拍摄测量方法，使其始终都能在正确测量的范围内；②为保证能够对整片测量区域进行全面拍摄，在重叠程度小于拍摄最小限度时，则需要拍摄员根据实际情况调整飞行距离，促进拍摄测量飞行任务能圆满完成；③在对飞机摄像图片进行处理过程中，必须要控制路线图像的曲率，并保证其不能超过原曲率的3%，旋转角度必须要小于等于6°。

3.5 在地形图测绘中的运用

对航空摄影测量技术运用的真正目的在于，运用正交投影图像将地面中心投影图形进行显现，在此过程中会运用到模拟法、分析法等常见的方法，因此，为保证测量结果测得准确性，需要在内部执行过程中，严格监管映射控制点，并对其进行加密处理。首先，从常规辐三角剖分法角度进行分析，一般运用于地形较为平坦地区进行水利工程检测，但是三角剖分法与其不同，其在运用过程中主要是在丘陵、山脉等地区的水利工程开展分析和检测，在航空拍摄过程中若要运用该方法，则需要站在三角剖分法基础上进行[9]。其次，在进行野外作业过程中，需要将其中关键点进行高度关注，以此提升地形图测绘的效果。关键点如下：①在开展光控点进行联合测量过程中，通常需要借助常规测量的方式对地面的高程和平面坐标进行确定；②对于拍摄区域中未进行拍摄、新添加的水利工程以及更重要工程建设地点，必须在调查中获得地名中记录，并对其实施标记；③在实际测量以及测绘过程中，需要室内外结合、室内、室外三种方式相结合地开展工作。

3.6 在误差处理中的运用

首先在传感器错误处理中的运用。在使用无人机进行航空测量过程中，为保证传输图像以及航空测量数据能够技术传输回地面，会运用到实时传送的方式开展工作，在此过程中通常会在飞行机械上携带无线传输模块，为减轻飞行器械的负荷量，在实际航空测试过程中，一般会安装比较小的传感器模块，但是此种模块的测量结果与功能齐全的传感器模块相比，传输的效果会根据实际状况发生变化，使得效果不稳定并存在效果减弱的情况。在此情况下，传输回地面的数据容易出现错误，无法保证其真实性，图像也会存在失真的情况。为解决上述问题，需要根据实际拍摄情况对通信设备进行更新和替换，提升水利工程测量过程中摄取的数据和图像传输设备以及尺寸的精准度，保证其无论在哪种航空测量器械中都能进行安装和使用，并且数据具有精准性高、图片画质清晰的优点。

在无人机平台事故处理过程中的运用。在航空拍摄过程中，会受到外界很多因素的干扰，会与原定的航行有一定的偏差，或者无法运用合理有效的角度对数据进行绘制以及图像的拍摄，因此无法保证数据的准确度和数据的清晰程度。为减少上述的问题，或是在已经出现时能对其进行有效地解决，在拍摄过程中，要与气象部门取得及时联系，选择在晴天进行航空拍摄，减少自然因素在航空拍摄过程中的干扰和影响。

3.7 航空拍摄技术在水利工程测量应用时的注意事项

3.7.1 按照设计图纸来进行选点工作

在开展水利工程测绘时，应以图纸设计为基础开展选点工作，在此需要注意以下三个方面：①在埋石过程中需要选择交通便利的地点开展工作，以此方便航空拍摄设备放置以及操作作业的完成；②若是运用无人机进行拍摄操作，为减少作业执行过程中出现拍摄视线被遮挡的情况，需要在拍摄过程中选择视野开阔、空中没有障碍物的地区，并选择水域较小的区域；③在选点过程中，需要认真仔细、谨慎入微，严格开展选点工作。

3.7.2 航高和摄影比例的确定

在拍摄过程中图片的倾斜角要小于等于3°，若是存在误差，需立即停止拍摄，并对摄影测量方式进行抽查，使得成图质量得以有效提升和保障。为扩大图片拍摄过程中包含的区域，使其能覆盖整个绘制区域应当对重叠度进行限制，在其小于最小限定值时，应根据实际需要增加航班，提升飞行测量效果。在拍摄完成后，对航线图像弯曲度进行处理过程中需要对其进行控制，使其不得超过3%。

4 结束语

近些年来，在水利工程建设中，水利工程的测绘工作是水利工程建设准备工作的重要环节，其测绘工作对于技术的依赖性越来越大，只有将测绘工作做到位，才能为水利工程建设提供数据依据。而航空测量技术能很好地服务于地形的测量工作。航空摄影测量技术的优势能在水利工程测绘工作中得以完美体现和发挥，使水利工程建设工作开展时，能获得完整准确的测绘数据。以后，随着科技的不断发展和创新，航空摄影测量技术也会不断发展，水利工程测绘工作水平因此会进一步提高，从而促进水利工程的建设不断发展。