浅析无人机低空航摄在农田水利工程测绘中的应用

收稿日期：2024-02-06

作者简介：王全民（1988—），男，甘肃天水人，工程师，主要从事水利勘测研究。

摘 要：无人机低空航摄是利用遥感技术、飞行系统、传感技术、智能通信技术、数字相机和导航技术，通过地面与远程控制，促使无人机按照预定的航线完成影像拍摄任务。这种方式不仅高效，而且成本低，常常被应用于农田水利工程测绘，为其提供精准的地理信息支持。然而，受一些因素的影响，一些农田水利工程项目依然采用传统的测绘技术，这不仅影响了测绘质量，也不利于农田水利工程项目的开展。基于此，对无人机低空航摄在农田水利工程测绘中的应用进行研究。通过分析无人机低空航摄的优势，结合传统测绘技术的不足，探讨在农田水利工程测绘中如何有效地应用无人机低空航摄。

关键词：无人机低空航摄；农田水利工程；测绘技术

中图分类号：S27 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）04–0-03

无人机低空航摄技术为地理信息数据的采集、处理和应用提供了新的途径和方式。随着无人机技术和摄影测量技术的不断发展，无人机低空航摄的应用范围不断扩大，为各个领域的发展提供更加精准、高效的地理信息支持[1]。在农田水利工程项目中，将无人机低空航摄应用于地形测绘、水域监测、施工监测和评估等方面，能够有效提高测绘效率，降低测绘成本，保证工程质量，进而为农田水利工程建设提供有力支持。因此，对无人机低空航摄技术在农田水利工程项目测绘中的应用进行深入研究。

1 农田水利工程测绘的基本概述

农田水利工程是为了改善农田灌溉、排水条件，提高农业综合生产能力而实施的一系列工程措施。农田水利工程建设一直是我国农业现代化的重要内容，其目标是实现水资源的合理配置和高效利用，增强农田的抗旱、防洪能力，从而保障国家粮食安全。农田水利工程测绘是农业工程中的一项重要技术，主要涉及农田水利设施的规划、设计、施工和运营等各个阶段的数据收集、处理和应用[2]。其目的是为农田水利工程建设提供精确、可靠的地形和地理信息，以实现水资源的合理开发、优化配置和高效利用。常见的农田水利工程类型包括：以水库、灌溉渠系、调蓄水池、泵站等为主的灌区工程，防止洪涝灾害的排水工程；以水井、集中供水设施等为主的为农村提供安全可靠水源的饮水工程。常用到的传统测绘技术如全站仪、GPS，用来全面、细致测量项目的地形地貌，获取精确数据。农田水利工程测绘的精度要求非常高，通常要求将测量误差控制在厘米级，甚至毫米级，为了达到这个精度要求，需要采取一系列误差控制策略，如使用高精度设备、优化测量流程、加强质量控制等。在测绘过程中，先通过实地测量方式获取原始数据，然后利用专业软件对数据进行整理、分析和建模，编绘成地形图，将处理后的地形图数据应用于农田水利工程的规划、设计、施工和运营等各阶段，为决策提供科学

依据[3]。

2 无人机低空航摄的基本概述

无人机低空航摄是指利用无人机技术进行低空飞行，拍摄地面影像并生成地图、模型等地理信息数据的过程。主要涉及飞行平台、自驾系统、航摄系统和后期相关处理软件等，其中飞行平台通常采用固定翼无人机或旋翼无人机，具有轻便、灵活和高度可定制化的特点；自驾系统负责无人机的导航、控制和飞行管理，确保无人机能够按照预设的航线飞行和拍摄；航摄系统则包括高分辨率相机、光学镜头和图像传感器等，用于捕捉地面目标的图像信息；在后期处理阶段，相关软件会对采集到的遥感影像进行预处理、几何校正、影像拼接和增强等操作，以得到高质量的数字正射影像（DOM）和数字高程模型（DEM）。这些数字产品被广泛应用于城市规划、环境保护、农业监测、灾害评估等领域，不仅高效、成本低、精度高，而且还极具灵活性。

在效率方面，无人机低空航摄能够快速收集大量数据，并且能够快速生成数字表面模型（DSM）与数字高程模型（DEM）等高度模型，从而实现快速测绘[4]。相较于传统测绘的方式，无人机低空航摄能够大大提高工作效率，并且能够减少工作人员的工作量、降低工作强度，节省时间和成本。

在成本方面，传统测绘会产生人力、物力、时间等多种成本，而无人机低空航摄能够减少人力投入，降低人工成本，不需要进行设备搬迁和安装，能够降低物力成本，同时还可以缩短工作周期，从而大大降低测绘成本。

在精度方面，无人机低空航摄采用先进的摄影测量技术和全球卫星定位系统（GPS）等定位技术，可以实现高精度的地形图绘制、模型构建和数据采集。相较于传统的测绘方法，无人机低空航摄可以提高定位精度和测量精度，进而提高测绘数据的可信度和可用性[5]。

在灵活性方面，无人机低空航摄具有灵活性强、适应性强的特点，可以根据不同的任务需求和场地条件，选择合适的飞行高度、拍摄角度和分辨率等参数，从而获得更加全面、准确的地理信息数据。

3 无人机低空航摄在农田水利工程项目测绘中的应用

无人机低空航摄具有高度的机动性，能够适应各类飞行拍摄环境，有效降低测绘难度，无论是在复杂的地形地貌下，还是在恶劣的气候条件下，都能高效、精准地测绘。

3.1 地形测绘

无人机低空航摄能够快速获取高分辨率的影像数据，通过专业的软件处理，可以生成高精度的数字高程模型（DEM）和数字正射影像图（DOM）。这些数据可以用于了解农田的地形地貌，为农田水利工程的规划、设计和施工提供基础数据。通过无人机低空航摄获取的影像数据，可以清晰地分辨土地利用的类型，如水田、旱地、林地等[6]。这有助于农田水利工程进行合理规划，提高土地利用效率。

3.2 水域监测

无人机低空航摄能够全面调查农田区域内的水系情况，包括河流、湖泊、水库等的分布、规模和形态等信息[7]。这些数据对于农田水利工程的建设和运行具有重要意义。同时，无人机低空航摄还能够实时监测水域的变化情况，通过分析拍摄的影像数据，可以及时发现水域污染、水质变化等问题。这有助于农田水利工程中水资源的保护和治理。

3.3 施工监测与评估

在农田水利工程施工过程中，无人机低空航摄可以用于监测施工进度、评估施工质量。通过对比施工前后的影像数据，可以发现施工中的问题，并及时进行调整，确保工程按计划进行。

3.4 灾害预警与应急响应

无人机低空航摄在农田水利工程中可以用于灾害预警和应急响应，通过分析无人机拍摄的影像数据，可以及时发现洪涝、干旱等自然灾害对农田的影响，为应急响应提供及时准确的信息支持[8]。当发生洪涝、干旱等自然灾害后，无人机低空航摄还可以对受灾农田进行快速评估，获取灾区的影像数据，为灾后重建和恢复提供决策依据。

3.5 灌溉管理

无人机低空航摄可以用于农田水利工程的灌溉管理，通过分析影像数据，可以了解农田的需水量和灌溉情况，制定合理的灌溉计划，提高灌溉效率，节约水资源[9]。同时，无人机低空航摄还可以高效地完成灌溉渠道的测量任务，获取渠道的位置、走向、宽度、深度等信息，这些数据有助于优化灌溉系统的设计和施工。

4 无人机低空航摄的作业流程

无人机低空航摄是指利用无人机技术进行低空飞行，通过搭载的摄像设备获取地面影像，并利用相关软件进行处理，生成具有地理信息属性的数据。无人机低空航摄在农田水利工程项目测绘应用中的作业流程如下：

4.1 像控点布设

在无人机低空航摄应用过程中，像控点布设是首要步骤。像控点是用于控制无人机拍摄地面照片的点，通过这些点，可以确保无人机按照预设的航线进行拍摄，并获得高质量的地理信息数据。在具体的布设过程中，像控点的布设需要考虑测区的大小、地形地貌、天气条件等因素。常用的方式是差分定位测量，根据测区面积和精度要求，确定像控点的数量和位置，目的是控制布设的密度，提高无人机低空航摄的精度[10]。对于较小的测区，可以采用简单的几何图形（如正方形、矩形等）进行布设；对于较大的测区，需要考虑地形起伏和变化，采用更加灵活的方式进行布设。如果测绘的区域比较复杂，在布设过程中可以提高布设的密度，以此来保证测绘数据的精准性。

4.2 航线规划

航线规划是无人机低空航摄中的重要环节，通过合理的航线规划，确保无人机按照预定的航迹飞行，拍摄出高清晰度的影像，从而提取出精准的地理信息数据[11]。根据任务需求，合理规划航线，确保拍摄的影像质量符合要求。通过优化航线，减少无人机飞行时间和能耗，提高航摄效率。在具体的规划中，需要根据实际情况，充分考虑各种因素，如地形起伏、建筑物分布、天气变化等，制定安全、高效、科学的飞行航线，确保无人机能够顺利完成航拍任务。在农田水利工程项目测绘中常常会根据地形地貌特征，将航摄区域划分为若干个投影区，根据各区的特点进行航线规划，以飞行距离、高度等参数的最大值为基准，制定最优的航线方案[12]。同时，在遇到障碍物时，采取绕行或调整飞行高度的策略来避免碰撞。

4.3 飞行监控

无人机低空航摄的飞行监控是确保航拍任务顺利进行的关键环节。通过实时监测无人机的位置、高度、速度等参数，可以及时发现并解决航拍过程中的问题，避免意外情况的发生[13]。在无人机飞行过程中，地面控制站需要对无人机的位置、高度、速度等进行实时监控，确保无人机按照预定航线飞行，同时，要密切关注天气变化和无人机状态，做好应急处理准备。无人机上的传感器设备包括GPS、高度计、速度传感器等，用于实时监测无人机的位置、高度、速度等参数，这些数据通过无线通信链路传输到地面控制站，供操作人员实时监控和调整。在飞行监控之前，还需要对所有设备进行细致检查，检查内容包括无人机机体、发动机、螺旋桨、摄像设备、定位系统等，确保无故障隐患、性能良好，并详细记录检查情况，确保设备的正常运行。

4.4 无人机低空航摄数据处理

无人机低空航摄数据处理是指利用相关软件对无人机拍摄的图像和数据进行处理，提取有用的地理信息。处理过程包括图像预处理、特征提取和信息提取等环节，在图像预处理阶段，需要对无人机拍摄的原始图像进行辐射校正、几何校正和色彩校正等操作，以提高图像质量，同时，需要对图像进行增强处理，如滤波、锐化等，以突出地物特征[14]。特征提取是无人机低空航摄数据处理的关键环节之一，通过对图像中的地物特征进行提取和分类，可以识别出不同的地物类型。常用的特征提取方法包括基于边缘、基于纹理、基于形状等[15]。信息提取是基于特征提取的结果，提取地理信息数据，如地形高度、地表覆盖类型等，这一过程需要借助地理信息系统（GIS）和遥感技术等相关软件和技术。

在无人机低空航摄数据处理过程中，需要注意数据的精度、完整性、可读性、安全性。在精度方面，需要采用高精度的算法和技术，确保数据精度满足要求，避免影响后续地理信息提取的准确性。在完整性方面，无人机拍摄的图像和数据可能存在缺失或损坏的情况，因此，需要对数据进行检查和修复，确保数据的完整性。在可读性方面，需要采用易于理解的数据格式和标注方式，以便于后续的数据分析和应用。在安全性方面，需要遵守相关法律法规和伦理规范，确保数据的安全性和保密性。

5 结束语

低空航摄所得影像具有立体化和数字化的特征，可以更直观地呈现测量区域的实际情况，并且具有无人化操作的特点，可以连续进行测绘工作，能够大大提高测绘的时效性。在低空航摄过程中，无人机上的遥感装置可以对获取的影像和地面信息进行验证和校正，进一步提高测绘结果的精确度，因此，无人机低空航摄在农田水利工程测绘中具有显著的应用价值。它不仅能够为农田水利工程建设提供更为精确、及时的数据支持，而且还能大大降低测绘工作的劳动强度，实现对测量目标的无损检测。例如，无人机低空航摄的飞行监控是确保航拍任务顺利进行的重要环节。通过实时监测无人机的飞行状态，及时发现并解决问题，可以确保获得高质量的地理信息数据，为后续的地理信息处理和应用提供保障。无人机低空航摄数据处理通过采用高精度的算法和技术，确保数据的完整性和可读性，以及遵守相关法律法规和伦理规范，可以更好地服务于农业水利工程项目的测绘。

参考文献

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