水利工程中低空攝影測量的應用論文

關(guān)于水利工程中低空攝影測量的應用論文

　　按照搭載測量裝置的飛行設備不同，攝影測量可以分為載人機航空攝影測量和無(wú)人機低空攝影測量，我國在高分辨率空間數據獲取方面仍然需要倚靠國外技術(shù)設備，現有的測量技術(shù)雖然能夠獲得基本的地理信息，但測量所用衛星受其回歸周期、飛行高度的限制難以保證遙感數據的分辨率。而且攝影測量中的載人機航空攝影測量受氣候因素影響較大，機動(dòng)性較差，測量成本相對較高，難以滿(mǎn)足三維信息采集要求，因此，無(wú)人機低空攝影測量因不受場(chǎng)地條件限制和高空管制具有廣闊的發(fā)展前景。

　　1、低空攝影測量概述

　　低空攝影測量指飛行高度在1000m以下的攝影測量，是一種理想的大比例尺地形圖影像獲取技術(shù)，對于城市規劃建設、施工用地設計具有重要意義。雖然航空攝影測量較早用于小范圍內的城區規劃，但是相對無(wú)人機低空攝影測量來(lái)講成本較高，而且容易受地面建筑物的遮擋使細節輪廓成像不清晰，建模質(zhì)量差強人意。鑒于此，為滿(mǎn)足現代化城市的快速發(fā)展要求，適時(shí)采用無(wú)人機低空攝影測量技術(shù)取代航空攝影測量已成為業(yè)界普遍關(guān)注的問(wèn)題。低空攝影測量過(guò)程一般需要由三個(gè)人協(xié)助完成，其作業(yè)流程為接受任務(wù)→設計航帶→組裝測試無(wú)人機→飛行測試（選擇場(chǎng)地→測定風(fēng)速→飛前檢查→地面滑跑）→飛行航拍→降落→數據檢查和預處理。與傳統航空測量技術(shù)相比，低空攝影測量的技術(shù)優(yōu)勢主要體現在以下幾個(gè)方面：

　�。�1）精度高。傳統航空測量的精度只能精確到1m，由于低空攝影測量采用無(wú)人機進(jìn)行低空飛行測量，飛行高度在50-1000m，因此能夠近距離接觸地面物體，精度范圍達到亞米級，遠遠高于傳統航空測量的精度范圍。

　�。�2）實(shí)時(shí)性強。無(wú)人機與載人機相比受天氣狀況的影響較小，可以實(shí)時(shí)采集數據信息，而且操作控制更加簡(jiǎn)單，配套設施成本更低。

　�。�3）安全性高。無(wú)人機與載人機相比最突出的特點(diǎn)是無(wú)人駕駛，因此無(wú)需擔心發(fā)生墜機事件，無(wú)人機體積小，不需要專(zhuān)門(mén)的起降場(chǎng)地，經(jīng)過(guò)短暫的準備即可升空飛行。

　�。�4）分辨率高。無(wú)人機所攜帶的高精度成像設備具有多角度攝影功能，能夠從多個(gè)角度獲取地面建筑物的紋理信息，有效彌補了其他航空測量技術(shù)受建筑物遮擋成像不全的缺陷。

　　2、低空攝影測量相關(guān)問(wèn)題的處理

　　在應用低空攝影測量技術(shù)之前首先要明確幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題和技術(shù)，以確保實(shí)際應用過(guò)程的順利進(jìn)行。

　　2.1低空攝影測量外業(yè)

　　通過(guò)低空攝影測量精度分析可以得知，低空攝影測量中的飛行質(zhì)量對內業(yè)質(zhì)量和處理進(jìn)度有直接影響，而主要影響因素包括航線(xiàn)平直度、色調均勻性、攝影平臺穩定性等，良好的內業(yè)質(zhì)量需要上述外業(yè)因素作為前提和保障。

　　2.2低空攝影測量定向

　　低空攝影測量定向結果由內定向、相對定向、絕對定向共同決定，內定向一般是采用批處理的方式進(jìn)行像對，像對完成之后要著(zhù)重檢查自動(dòng)測量點(diǎn)的位置，以免因內定向點(diǎn)位置漂移而影響相對定向和絕對定向結果的精度。相對定向需要結合測量區域的實(shí)際情況設定好定向參數，同樣采用批處理方式，如果結果中兩張圖片的匹配度不夠可以重新設置定向參數，縮小同名點(diǎn)之間的間隔，如果仍然行不通則需檢查像對信息是否正確[4]。當測量區域像對的數量較多時(shí)一般需要查看精度報告，如果精度不符合要求需要結合定向點(diǎn)位置重新調整再次進(jìn)行定向計算，指導滿(mǎn)足既定的精度要求。

　　2.3基于低空攝影測量技術(shù)的DEM

　　DEM即數字高程模型，是用一組有序數值陣列表示地面高程的實(shí)體地面模型，是數字地形模型的一個(gè)重要分支。在低空攝影測量中，影響DEM質(zhì)量和精度的因素主要有攝影比例尺、匹配效果、高程精度等，針對影響的因素不同，所采取的處理方法也有所不同[5]。航攝比例尺是影響DEM質(zhì)量的首要因素，為提高模型精度應當根據測量區域的實(shí)際地形選擇比例尺，由于低空攝影測量的攝影位置較低，因此要保證比例尺的正確。為得到理想的DEM影像匹配效果，在陰影區、森林密集區、懸崖峭壁區處理之前都需要進(jìn)行加點(diǎn)加線(xiàn)預處理。與載人機航空攝影測量所形成的灰度影像相比，基于低空攝影測量的DEM立體感更強，而且更易切準高程點(diǎn)，可以說(shuō)，高程點(diǎn)切的越準，DEM的精度就越高。

　　2.4基于低空攝影測量的DOM

　　DOM即文檔對象模型，是W3C組織推薦的處理可擴展標志語(yǔ)言的標準編程接口。在低空攝影測量中，利用已經(jīng)生成的DEM來(lái)手工拼接DOM的效果要遠遠高于灰度影像下生成的DOM，影響DOM精度的因素同影響DEM精度的因素大同小異，不外乎航攝比例尺、航片掃描質(zhì)量、加密點(diǎn)精度等，但DOM精度還受到DOM精度的影響[6]。在制作彩色DOM的過(guò)程中影響制作效果的主要是鑲嵌影像反差問(wèn)題，在實(shí)際操作中可以發(fā)現，第一航帶與相鄰航帶的影像反差較大，遠遠大于其他兩航帶之間的影像反差，影響整體效果，究其原因，可能是在航攝或圖像掃描過(guò)程中沒(méi)有處理好影像信息，因此，為了提高DOM制作質(zhì)量，首先要保證數字影像的質(zhì)量，其次還要嚴格處理鑲嵌好的影像，以免丟失一些重要的數據信息。

　　3、低空攝影測量在黃河寧夏河道水利工程中的應用實(shí)例

　　3.1黃河寧夏河道概況

　　黃河寧夏河道位于寧夏回族自治區內，緯度在37°17′-39°27′之間，由于緯度差異，封河時(shí)和開(kāi)河時(shí)的封凍、解凍方向差異使該河道容易發(fā)生洪水災害。開(kāi)展黃河寧夏河道地形圖測繪的目的在于滿(mǎn)足黃河寧夏河道的綜合治理要求，便于水量調度、水資源管理、水質(zhì)監測、河道改造建設等各項工作的順利開(kāi)展，為其提供準確詳實(shí)的地理信息。在黃河寧夏河道地形圖測繪中決定采用無(wú)人機低空攝影測量技術(shù)，采集必要信息后制作DEM和DOM，從而提供必要的技術(shù)支持。

　　3.2測量過(guò)程與結果分析

　　結合黃河寧夏河道的實(shí)際地理情況決定最終的飛行區域長(cháng)度為267km，飛行面積865km2，飛行高程為500m，具體測量流程參照上文流程。為檢查測量結果的準確性，同時(shí)在治理河段設置了60個(gè)控制點(diǎn)，采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制系統進(jìn)行測量，并將該測量結果與低空攝影測量結果進(jìn)行對比，分析低空攝影測量結果的準確度。以QSDLO1點(diǎn)為例，控制點(diǎn)的計算值與測量值差值分別為：dx=0.097，dy=0.016，dz=0.157，完全滿(mǎn)足地形圖測量要求。

　　3.3應用優(yōu)勢分析

　　從QSDLO1點(diǎn)控制點(diǎn)計算值與測量值差值結果可以看出，低空攝影測量完全能夠滿(mǎn)足工程測量的高精度要求，測量結果與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制系統測量結果差異較小，可信度較高。低空攝影測量的技術(shù)優(yōu)勢不僅體現在測量精度方面，而且還體現在測量流程上，傳統航空攝影測量工程流程復雜，工作效率低下，而低空攝影測量的影像偏角可以達到大傾角匹配要求，特殊的描述方法使匹配效率獲得顯著(zhù)的提升，而且誤差參數單元劃分方法還可以自動(dòng)識別出現誤差的參數單元，從而減少人工干預的工作量。在無(wú)人機低空攝影測量系統CPU中引入并進(jìn)行計算，可以大大提高大型方程的求解率，便于無(wú)人機快速更新海量數據信息。因此，無(wú)論是在工作效率還是測量結果的精度方面，低空攝影測量都具有不可比擬的絕對優(yōu)勢。

　　4、結束語(yǔ)

　　低空攝影測量借助無(wú)人機完成地理信息的采集工作，無(wú)人機本身機動(dòng)性強，自重小，無(wú)領(lǐng)空限制，受氣候因素的影響較小，而且可以快速起降，便于迅速獲取影像數據，工作效率大大提高，完全滿(mǎn)足水利工程的實(shí)際需求。低空攝影測量在黃河寧夏河道中的應用可以為河道綜合治理提供可靠的地理信息支持，大大提高了河道治理效果。

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