无人机遥感技术在水利工程测量中的应用探究

摘要：随着科学技术的不断进步，无人机遥感技术逐渐崭露头角，并在各行各业中得到了广泛应用。特别是在水利工程测量领域，无人机遥感技术极大地提高了测量精度。因此，分析无人机遥感技术在水利工程建设中的主要应用范围，并结合具体案例，阐述了无人机遥感技术在水利工程测量中的应用要点，旨在更好地应对复杂区域的勘测，减少测绘工作的难度，促进我国测绘事业的整体发展。

关键词：无人机遥感技术"水利工程"工程测量"水利勘测"资料采集

Exploration"of"the"Application"of"Unmanned"Aerial"Vehicle"Remote"Sensing"Technology"in"Water"Conservancy"Engineering"Surveying

CHEN"Fei

Ganzhou"Institute"of"Water"Resources"and"Electric"Power"Investigation"and"Design，"Ganzhou，Jiangxi"Province，"341000"China

Abstract："With"the"continuous"progress"of"science"and"technology，"unmanned"aerial"vehicle（UAV）"remote"sensing"technology"has"gradually"emerged"and"been"widely"applied"in"various"industries."Especially"in"the"field"of"water"conservancy"engineering"surveying，"UAV"remote"sensing"technology"has"greatly"improved"the"measurement"accuracy."Therefore，"the"main"application"scope"of"UAV"remote"sensing"technology"in"water"conservancy"engineering"construction"is"analyzed."Combining"specific"cases，"the"application"points"of"UAV"remote"sensing"technology"in"water"conservancy"engineering"surveying"are"elaborated，"aiming"to"better"cope"with"the"surveying"of"complex"areas，"reduce"the"difficulty"of"surveying"and"mapping"work，"and"promote"the"overall"development"of"China's"surveying"and"mapping"industry.

Key"Words："UAV"remote"sensing"technology;"Water"conservancy"engineering;"Engineering"surveying;"Water"conservancy"survey;"Data"collection

水利工程测量是水利工程建设中不可或缺的一环，贯穿于工程建设的全过程，为工程规划、设计、施工及运行管理提供重要的数据支持和技术保障。然而，传统测量方法存在耗时较长、人力资源匮乏、地域限制等明显不足。在此背景下，无人机遥感技术应运而生。该技术通过无人机搭载的高分辨率多光谱成像设备，结合先进的遥感图像处理技术，实现了对地面目标的精确识别与高效分类，可以全面提高工程测绘的效率和质量，保障测量工程的安全，大大降低测绘工作的资金投入。

1无人机遥感技术概述

无人机遥感技术是水利工程测量领域中的一项重要技术，它融合了机载传感器技术、地基遥测与远程控制技术、无人机平台技术等多个关键技术。在无人机遥感系统中，机载传感器作为关键组件，需满足大容量数据存储、小型化结构设计、轻量化材料应用、高精度测量等严格要求（如图1）。常见的传感器类型包括激光雷达、高光谱成像设备、数码相机、多光谱相机等，它们承担着遥感图像的采集与存储任务，并将所获取的遥感信息传输至地面计算机系统进行后续的分析处理[1]。

无人机遥感系统的核心组件包括差分基站、数据通信模块、图像接收装置、远程电源管理系统、计算机控制中心等。这些组件相互协作，共同实现飞行路线的精准规划、遥感数据的实时监测、数据的稳定接收、遥感参数的精确设定等功能。

根据翼型的不同，无人机可分为旋翼式和固定翼式两大类。其中，旋翼式无人机又可进一步细分为多轴旋翼和单轴旋翼两种类型。旋翼式无人机具有无须外部动力即可完成转向、倾斜及悬停等复杂动作的能力，同时具备垂直起降和悬停观测的优势，特别适合于对特定区域进行高精度、高分辨率的遥感观测。

2""无人机遥感技术的主要应用范围

2.1""水利勘测中的无人机遥感应用

水利水电工程测量工作面对的地形地貌复杂多变，涵盖平坦区域与复杂山区，主要测量项目涉及断面、变形监测及纵剖面测绘等。在平坦区域测绘时，需要确保经纬线与水平线的准确对应。在山区，复杂的地形往往限制了常规观测手段和卫星遥感技术的应用，从而影响勘测结果的精确性。在此情境下，无人机遥感技术凸显其独特优势。无人机能够执行低空飞行作业，现有的低空测绘系统无须依赖特定的地理条件即可实现起降，便于在任何地点进行部署。此外，无人机采用无人驾驶模式，搭载高精度成像装置，能够实时捕获并传输影像数据至用户端，并通过信息处理技术进一步解析数据，显著提升了勘测工作的效率[2]。

2.2""地质勘查中的无人机遥感应用

水利工程建设前的地质勘查是确保工程安全与质量的关键环节，其目的是规避不利地质条件对施工的影响，并保障工程具备足够的承载力。地质勘查对于施工安全与工程质量至关重要。在水利水电地质勘查过程中，无人机遥感技术与传统勘查方法相结合，形成了有效的互补。面对复杂地形条件，传统物探方法可能受到限制且耗时较长，从而影响勘查的精确度。因此，在简单地形条件下，可采用传统勘查方法；在对高精度及复杂地形有要求的情境下，无人机遥感技术成为更优选择。

2.3""工程监测中的无人机遥感应用

对于已建成的水利工程，需进行持续的监测以确保其质量符合标准。例如：大坝的耐久性直接影响水利工程的服役期限，一旦大坝出现漏水问题，将对工程质量构成严重威胁，甚至危及人民群众的生命财产安全。在水利工程的日常监测中，无人机遥感技术能够实时获取工程基础设施的状态信息，及时发现并处理潜在问题，从而有效减少损失。

2.4""土壤水分探测中的无人机遥感应用

了解水土保持情况有助于更深入地认识水文特征，并将其应用于水利水电建设中，具有重要的实践意义。土壤表面具有吸收和储存太阳辐射的能力，因此，地表土质的颜色、温度、含水量等特性与太阳辐射密切相关。研究表明，土壤水分含量与地表亮度呈负相关关系。基于此，采用无人机遥感技术，结合影像获取与数据处理手段，提取地表灰度信息，进而实现对土壤水分含量的估算[3]。

3无人机遥感技术在水利工程测量中的应用

3.1工程区概况

A地区坐落于我国西南某省份的核心地带，拥有一条全长约187.5"km的人工运河，该运河与多条关键支流相互交织，共同构建了A地区庞大且复杂的水系架构。运河源自南部的青山山脉，自南向北蜿蜒延伸，最终汇入北部的澜沧江，其流域面积广泛，达到了8"500"km²。A地区的气候类型为亚热带季风气候，四季特征鲜明，雨热条件同步，年平均气温稳定在20"℃左右，年降水量则在1"200～1"500"mm之间，丰富的降水为这一区域提供了充足的水资源储备。在地形地貌方面，A地区的地势虽存在一定的复杂性，但总体上以丘陵和平原地形为主，海拔在50～300"m之间波动。尽管地形有所起伏，但整体上，该区域仍具备良好的水利工程建设潜力。就水资源而言，A地区的年均过境径流量高达56.78亿m³，浅层地下水年总量约为98亿m³，加之其他水源的补给，使该区域的水资源总量达到了154.78亿m³，这为水利工程的规划与实施提供了坚实的基础和保障。

3.2资料采集与精细化处理

A地区水利工程测量项目选用了Pagon"Phantom"4型无人机，该机型移动速率高达201"m/s，最高飞行能力可达6"0001"m，定位精度竖向为±0.1"m、横向为±0.3"1m，成像质量卓越，达到1"240万像素，并配备了RGB光变摄像机。

在航空摄影测量流程中，明确区分了飞行计划设计、原始数据收集与数据处理三大核心环节。根据工程区域的面积和几何特性，决定实施150"m的低空飞行策略，航向和侧向重叠度分别设置为70%和80%，确保数据采集的完整性和准确性。随后，项目组利用Pix4Dmapper专业软件，对采集的卫星图像进行了一系列预处理，包括空间匹配、地形校正、图像镶嵌和裁剪等。在此基础上，项目组结合航空摄影测量的结果，构建了3D稠密点云，并生成了3D模型的多边形网格。通过这些数据，项目区域的数字正射影像图（"Digital"Ortho"Map，DOM）、数字表面模型（"Digital"Surface"Model，DSM）和数字高程模型（"Digital"Elevation"Model，DEM）得以自动提取。根据《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影规范》（GB/T"6962—"2005），所生成的遥感图像产品精度达到了0.8"m。采用CGCS2000坐标系，并选择了Gauss-Krüger投影方式，最终，通过ArcGIS软件的运用，精确提取了茨淮新河项目建设区域的地形特征（涵盖海拔、坡度、坡向、地形阴影）、地物类型、地物的三维空间结构和体积等关键信息。此外，部分工程区域的影像由多波段相机拍摄，同时，借助谷歌高分辨率影像，选定了具有代表性的样例点，为区域分析提供了重要参考[4]。

3.3多比例尺遥感图像的分区与解析

在目标识别的基础上，本文提出了提升目标识别精度的新方法。针对工程区域内复杂对象的精确分割需求，首先进行了匹配处理。基于对象的遥感图像目标划分策略，依据图像中形状、亮度、色彩、纹理等特征的相似性，初步划分了目标对象。随后，根据特定的准则、规则和算法，对初步划分的结果进行了聚合、分解等优化调整，形成了多个包含目标信息和形状信息的同质区域。在此基础上，项目组引入了基于多源遥感数据的融合方法，通过多尺度综合检验遥感数据，构建了遥感反演模型。本文还进一步地提出了基于最大匹配率的非规则像元划分技术，通过对项目区域高精度遥感影像的多尺度划分，清晰地界定了各类对象的边界，实现了目标识别的直观化和精确化。

3.4分类结果成图

项目组将构建的随机森林模型与支持向量机算法引入陆地成像仪所捕获的环境参数集中，执行系统的聚类分析，以期精准地揭示研究区域的土地利用类型分布。通过观察可以发现，研究区的土地利用方式以植被覆盖为主导，主要集中分布在东北部山地，部分区域则呈现出分散布局的特点，植被覆盖面积约占研究区总面积的一半；城市用地则主要以片状和带状形式存在，其占比约为1/5，被划分为二级大类，这在一定程度上映射了该地区国土开发强度较高与城市化进程加速的态势。值得注意的是，个别区域展现出一片平坦且开阔、连续性良好、用地结构相对单一的河漫滩特征。此外，其他局部居民点和植被的分类结果之间存在着较大的相似性，这进一步证实了基于非线性分类技术的河流巡查方法的有效性和先进性[5]。

4""结语

综上所述，无人机遥感技术以其迅猛的发展势头和日益广泛的应用范围正逐步与水利水电工程领域深度融合，为水利水电事业的蓬勃发展开辟了新的篇章。通过对水利水电工程项目的高效利用，无人机遥感技术显著提升了测量的精准度和可靠性，为水利建设事业的深入发展注入了强劲动力。因此，未来，应继续加大对无人机遥感技术的研究投入，以更好地服务于人类社会，为水利工程的测量与规划提供更加精确、高效的技术支撑。

参考文献

[1]王麒蓉，王艳群.无人机遥感技术在住宅工程测量中的应用[J].居舍，2024（25）：129-132.

[2]张峰.无人机遥感技术在水利工程测量中的应用分析[J].城市建设理论研究（电子版），2024（24）：154-156.

[3]晁冲，褚会鹃.无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用研究[J].工程技术研究，2024，9（12）：202-204.

[4]周才，刘娟.无人机遥感技术在工程测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2024，47（S1）：179-180，183.

[5]张莉，祁琼，孔姗，等.Retinex算法在无人机遥感影像匹配中的应用[J].地理空间信息，2024，22（10）：30-33.