水利工程测绘中无人机遥感的应用范文

摘要：在水利工程测绘实践中低空无人机遥感能够获取到关键性技术数据。文章分析了低空无人机遥感的优势，提出低空无人机遥感可用于水利工程测量、地质勘察、工程监测、土壤湿度等方面的调查，并对低空无人机遥感的作业流程进行了探讨。

关键词：低空无人机遥感；水利工程；测绘

1低空无人机遥感系统

无人机遥感使用先进的无人机技术、遥控技术、传感器技术、通信技术、GPS差分定位技术，可以实现自动采集和智能分析，土地资源、自然环境遥感、空间信息，如地震区的应用和完整的遥感数据处理、建模和分析技术的应用，其特点是低空飞行、卫星遥感和航空摄影在云盖过区有效地收集数据。数码相机可作为传感器收集数据，提供良好的图像质量和高空地面分辨率。无人机遥感平台的移动性和高适应性，使起飞和着陆操作都可以通过控制器来完成，天气条件要求较低。低空遥感系统是通过构建控制系统平台，实现飞行系统、无线电测试与远程控制的结合，将遥感监测到的数据及时传输与分析。当前低空无人机遥感系统在不同行业中有着广泛的应用，小型机载遥感设备能够校正执行中的图像和数据，通过相机拍摄的数据校准参数和几何模型，交互式处理提升无人机测绘的准确性。同时，通过自动图像识别技术，有关数据和信息的处理与检查将会直接满足当前水利工程测绘的需求。但是，当前低空无人机遥感还存在一定的问题，在相机的使用上只能够应用普通款式，这也造成了测绘结果与实际情况存在误差。造成这种情况的主要原因是普通相机稳定性相对较差，内方位元素不确定，镜头很容易产生畸形变化严重影响精准度。自身与镜头黏连度不够，在测绘作业过程中容易发生颠簸。因此，为能够保证测绘结果的精准性，需要加强专业相机在低空无人机遥感技术中的应用。

2低空无人机遥感的优势

与卫星等测量工具相比，无人机体积更小，应用更为灵活。特别是在实际应用中对于起飞的要求相对较低，可以通过车辆运输等抵达测绘地点，并不需要专门设置起飞跑道。在1m2的面积中就能够完成起飞。无人机的起飞适用性、集成化程度更高，由于体积较小所需要的装配时间更短，能够有效地应对突发事件，实现在最短时间内完成最大范围的测绘。但是无人机应用需要做出专门申请。申请前，可以合理规划无人机的飞行路线。同时，可在飞行中进行校对和修改，确保无人机的应用符合设计标准。低空无人机遥感在处理图像上速度会更快，通话还能够实时传输，在短时间内将搜集到的图像传输到控制平台中，图形分辨率要比其他技术手段拍摄的更高，制造出1:500以上比例尺的地图。

3低空无人机遥感在水利工程测绘中的应用

3.1水利工程测量

在水利工程测绘中，涉及平面高程控制测量、地面测量、水下测量、断面测量、纵断面测量、线形放样测量、变形测量等内容。如果在平原地区进行水利工程测量，水准测量、经纬度测量加全站仪测量能有效地满足水利工程测量的实际需要。然而，对于山区水利工程测绘，地形地貌较为复杂，传统的测量工具和卫星遥感技术难以发挥作用和应用价值。然而，低空无人机的遥感对着陆和起飞要求较低。操作人员可以在指定的安全区域操作，大大节省了人力资源。同时，低空无人机遥感主要在1000m以下飞行，可以在云层下拍摄，获得更高分辨率的图像，为山区水利工程测绘提供基本保障。目前我国许多低空无人机都可以应用到水利工程测绘测量中，然后通过自校正、稳定多轴云台航空系统及相应的软件，将多航图连接成一个整体，并自动调整测绘误差。R数是投影的图形，以保证水利工程测绘的精度。

3.2地质勘察

低空无人机在水利工程测绘上的应用能够解决地形复杂等带来的问题，这与传统地质勘探相比，能够明显提升测绘效率和质量。传统地质勘探并不能够满足当前测绘需求，更不能够准确地监测工程地质状况。造成滑坡等地质灾害的因素有很多，地质构造复杂采用传统勘探形式难以获取相应的地质信息。低空无人机遥感操作方法方便，具有较高的安全性，投入的成本也相对较低，在满足地质勘察需求的同时，还能够快速地获取地质条件动态分析，掌握勘察区域内地质发展趋势。根据搜集到的信息结合实际情况，快速查明水利工程建设中的不良地质情况，帮助水利工程建设人员掌握全新的地质情况，制定出更为合理的保护措施。

3.3工程监测

水利工程建设对于地质条件的要求相对较高，基本建设已经不能够满足水利工程建设的需求。特别是在坝体耐久度等设计和施工上如果不能够满足标准要求，将会影响水利工程寿命，使水利工程发生渗漏等情况，威胁到人们的生命安全和水利工程的正常使用，而且会对周边居民的生命财产安全构成威胁。在水利工程的日常检测中，可以很好地应用低空无人机遥感技术，及时发现水库渗漏，快速发现水利工程运行情况，获取危险区域的高清晰度图像。

3.4土壤湿度调查

土壤所含的水分变化对于开展水利工程测绘有着极为重要的影响，同时，研究和掌握水利工程的水文特性具有重要意义。土壤表层既能够反射阳光，也能够存储阳光能量，阳光的强度会使土壤表层的颜色、温度等发生明显的变化，最主要表现在土壤灰度值及含水量的变化，通过研究，能够确认两者存在一定的负相关。低空无人机遥感能够获取分辨率更高的图像数据，这样就为确定土壤灰度值提供了重要的数据，以此作为土壤水分的依据，完成土壤水分测量，为水利工程测绘提供有力的补充。

4低空无人机遥感作业流程

4.1航线设计

为保证飞机的稳定性，尽可能完成航拍。准备工作完成后，机组人员应在试验区等待适当的天气，然后检查航空摄影硬件是否完好，并选择合适的天气，尽可能在同一航班上完成所有任务，同时，必须保证图像数据清晰，色彩柔和、均匀。

4.2影像快速拼接及像控测量

与传统的测量方法相比，图像控制测量具有一定的差异。主要区别在于无人机图像数据长度小、数量大，大部分用于应急拍摄和绘图，不适用于图像控制测量的照片制作和打印任务。此外，测量的范围特性也很明显。因此，在飞行测量时，这些图像控制点的分布区域比较均匀，对比度明显，识别度高。图像控制和测量的操作方法不同于传统的航空测量方法。无人机测绘数量较多，但是图像尺度相对较小，在应急测绘中应用更广泛，不适合通过图像的开发和打印来实现图像的控制和测量任务。测绘区域内特征点较多，需要无人机在飞行后逐点完成图像控制测量，如果控制点分布均匀，那么测绘区中图像色彩明快，对比度明显。经快速质量检验，所得图像符合相应规范要求。经过畸变预处理后，根据每个图像对应的位置数据，可以快速拼接被测图像。根据航空摄影易损性检测和图像控制点设计方案，结合区域网络点布置一对图像控制点，间隔4条基线。为保证精度，在区域网络的对流和低压区增加了图像控制点。一般情况下，图像控制点应位于6个面层和侧面重叠区域内，在困难区域不少于4个重叠区域。相邻子区域之间必须有一个共同的图像控制点。所选图像控制点的目标图像应清晰易读。当目标与其他图像条件发生冲突时，应考虑目标条件。

4.3空中三角测量

空中三角测量是利用摄影测量分析完成对图像外部元素所在区域的确定，这是空中三角测量的关键步骤。无人机采集到的图像旋转角度可能过大，导致图像匹配和联合点提取失败。由于受到风向变化的影响，相同航带中的图像在发生角度、旋转等变化时，也会出现对应不一致的状况，这时需要进行人工调整。如果不能够及时处理，将会无法实现图像匹配。软件自动化处理效率高，只需要根据原始图像、数据参数、控制点文件等进行处理。由于路由为T形，为便于处理，以东西两条路由为框架路由，并利用POS数据自动生成条带。自动匹配提取连接点，几乎自动选择粗点，同时检查连接点是否均匀分布在区域内，手动添加一些点。三维测绘在摄影测量工作站中的应用可以将绘制的图像引入到空三成果中，并且经过定向采集及核心处理后形成符合国家标准的地图符号。在核心线范围内完成图形点的匹配，这样就能够生成对应的数据。再利用DEM网格编辑水域、植被等。DOM进行数字差分校、裁剪，根据地形集合精度、图像纹理等进行绘制，使图像信息更为直观丰富，为评价数据精度提供参考。误差情况如表1所示。根据上述能够发现平面精度满足地形图的标准要求（1:1000），高程作业满足实测，精度可以作为参考条件。通过内外测绘过程，证明低空无人机遥感在水利工程测绘中发挥作用，可行性明显。

5低空无人机遥感的未来发展

目前，我国最重要的环境问题是水土流失。水土流失定量调查是水土保持的重要内容。低空无人机遥感以其动态、快速、经济的优势成为土壤侵蚀信息调查的重要手段。水土流失受多种自然和人为因素的影响，过程十分复杂。其中，不同类型的水土流失影响因素不同，可以参考水土流失一般方程的各种因子指标。同时，还考虑了常规方法与遥感技术的结合能否顺利实现，以及在地理信息系统中是否易于获取和计算。一般情况下，选择地形、降水、植被覆盖、流域密度和侵蚀控制措施作为评价土壤侵蚀的因子。对不同时期的水土流失强度进行了比较分析，评价了水资源保护工程的治理效果，为今后的水土保持工作提供了合理的指导。无人机可以拍摄研究区的低空、低速照片，照片能够反映范围内水土流失的强度和实际情况，为土壤侵蚀类型和程度，以及植被、地形、管理措施等侵蚀因素的属性提供充分的数据来源。利用低空无人机遥感技术采集的遥感影像信息，可以有效地帮助该地区分析水土流失的发生特征和发展趋势，增强政府部门的水土保持工作，促进水土保持服务水平的综合发展。无人飞行器在低空遥感测绘领域的应用需要满足以下条件：①任务承载能力。这种无人机应该携带一定重量的专业可测量的遥感设备。②飞行控制精度。例如，飞行路线和高度应在一定范围内，偏离角也应在允许范围内，否则后续数据将难以处理。③系统设备的适应性，以实现在不同地形和气象条件下的应用。目前，在测绘、航测、遥感等领域，常用的主要模型是约20kg的轻型和小型固定翼无人机系统。简单地说，无人机遥感就像在无人机上安装一个功能强大的摄像头，分析图像以获得所需数据。例如，当进行土地规划时，为了了解土地利用情况，使用无人机遥感技术，从空中拍摄的图像，可以清楚地看到地面植被、河流、建筑物等，通过对图像的分析就能够得到土地资源的面积和信息。随着民用市场对无人机需求的不断增加，国内许多无人机研发单位将无人机遥感作为未来发展的重要方向，并积极配合开发无人机遥感相应模型。然而，我国无人机遥感服务供应市场尚未形成以点业务为主的大规模网络运营。利用无人机遥感技术，可以从空间观测的角度获得高精度的丰富基础数据，通过对这些数据的整理分析，为农业、环境保护等领域提供参考。

6结语

随着高精度POS系统集成化的发展，更为小型的POS系统在低空无人机遥感中得到应用，实现了无缝测绘、三维激光扫描等功能的结合，充分解决了载重、航程等缺陷，并且进一步扩展低空无人机遥感的应用领域，更加满足水利工程测绘的需求。既增加了水利工程测绘的高附加值，也降低了勘测成本，为水利工程测绘带来全新的发展思路，大幅度提高水利工程测绘效率，使测绘的结果更加准确，符合未来我国水利工程测绘行业发展的趋势。

参考文献

[1]王光彦，姚坚，李登富．低空无人机遥感在水利工程测绘中的应用研究[J]．测绘与空间地理信息，2016，39（5）：113-115．

作者：王玮 单位：六安市水利水电工程勘察测绘大队