无人机在水利工程测量中的应用

　　众所周知，水利工程是重要的基础设施工程，对于促进经济发展和社会进步具有重要意义。现阶段，随着科技的发展，水利工程的建设也日趋现代化。尤其是在水利工程测量方面，现代科技的应用，极大地提高了工程测量的效率和质量。尤其是无人机的使用，凭借自身的机动灵活性，快速获取数据，贡献巨大。本文主要探讨了无人机在水利工程测量中的应用。

　　我国有面积广阔的季风气候区，海陆热力性质的巨大差异，形成了我国降水时空分布的不均匀性，旱涝灾害频发。随着我国水利基础设施的完善，水利信息化水平的不断提高，结合了先进的空间技术、通信技术等先进技术的信息化测绘技术在水利工程测量的实践中应用日趋广泛，为水利工程的设计和施工提供了精确、直观的数据分析，提高了工程决策的科学性。近年来，随着无人机的使用，起降方式机动灵活，自主飞行，低空循迹，快速获得数据资料，尤其是无人机中的相关设备，能够对于航空影像和工程数据进行收集，有利于三维模型的构建，为工程的科学决策奠定了基础。

　　一、无人机在水利工程中的应用

　　(一)无人机在水利工程中的应用范围

　　在水利工程行业内，工程建设与管理与工程建设环境评价和安全监测息息相关，而无人机的应用，均可以实现对工程建设和管理的低空遥感，完成对工程的快速测绘及信息监测。由于 工程监测具有数据分辨率高、实施快速的特点，而无人机的监测也具有灵活性强，分辨率高的优点，再配合以先进的空间信息技术和GPS技术，能够为水利工程的建设和科学决策提供科学的数据基础。

　　(二)无人机在水利工程中的应用分析

　　1.无人机在水利工程测绘中的具体应用

　　普通航空摄影也可以用于工程测绘，但是由于缺乏灵活性，对于云下图像的获取难度也很大，卫星遥感时效性不高，分辨率低，为此，在水利工程的测绘实践中，往往需要重复测绘，工作效率不高。随着无人机的使用，在机体上荷载数据遥感设备，借助于遥感数据处理系统，并与3S技术有机结合，能够对目标进行有效的观测和数据处理。通过无人机技术的使用，可以实现对目标的实时数据收集和快速处理。另一方面，通过无人机技术的使用，无人机遥感图像技术能够将不同时段的监测图像进行假彩色合成，从而对工程不同区域内水域的状况进行分析，为科学决策提供有效信息。

　　2.无人机在水利工动态监测和水域环境监测中的具体应用

　　我国水资源储量丰富，流域众多，河流面积广，对经济发展产生了重要影响。通过无人机技术的使用，能够实现对水域变化的动态监测，掌握基本的水域基础数据，为水域的调查和统计奠定基础，并逐步实现水域管理的信息化，为水利管理的现代化铺平道路[1]。

　　3.无人机在水利工程水土保持中的具体应用

　　随着经济的发展，在各种因素的共同作用下，我国水土流失的问题日趋严重，甚至成为了最主要的环境问题之一。尤其是水利工程的建设，对流域内水土流失情况进行统计，人工处理方法费时费力，准确性不高。随着无人机技术的应用，根据土壤侵蚀定量来对水土保持进行研究。通过获取的遥感图像，能够对水土流失问题进行分析，并制定合理的改善策略，确保水利工程的可持续发展。

　　二、无人机在水利工程测量中的有效运用

　　(一)概述

　　无人机技术在水利工程测量中的具体应用，主要涉及无人机低空摄影测量系统，测量系统要想正常发挥功能，就必须保证飞行平台、飞行导航与控制系统、数码摄像设备、数据传输、地面监控、发射与回收、地面保障设备等系统均处于正常工作状态[2]。

　　无人机低空摄影测量系统有着广泛的实践应用，尤其是在土地利用动态监测、地质灾害勘察、矿产资源勘探、海洋资源勘察、环境监测等方面，无人机技术有着重要的应用。值得一提的是，无人机在水利工程测量中也有着广泛的应用。在应用过程中，需要根据地面分辨率、航摄范围、时间、航线布设及影像重叠度等进行设计，确保应用效果[3]。

　　(二)作业方案

　　本文以某水利工程的测绘工作为例，对无人机技术在水利工程测量中的应用方案进行了探讨。在本次测绘任务中，无人机低空摄影测量系统在设计测绘任务时，将其划分成7个架次。在测绘过程中，平面控制网布设了四等GPS网，GPS标石点共埋设了24个，并需要对3个国家三角点进行联测。关于高程控制，本次测绘工作所采用的是四、五等集合水准测量测量成果。关于像控点，区域网布设方案是非常适合本次测量工作实践的设计方案，航向相邻两个像控点之间的跨度控制在8-12条基线之间。为了保证测绘工作顺利开展，像控点的位置也至关重要，为此，一般选择在航向及旁向六片或五片的重叠范围内。在实际测量工作中，通过GPS-RTK方式对像控点进行联测，确定其三维坐标。数据采集的条件为固定解状态HRMS和VRMS均不高于0.02m[4]，并以两次测量值的平均值作为最终测量结果。

　　在本次的航空摄影中，无人机航空摄影分别实施了7个架次，航摄仪型号为Canon 5D Mark II，最终确定的地面分辨率为17cm，地面数据采集采用的是VirtuoZo NT 3.5，并借助CASS9.1软件形成最终的测绘图，输出结果，具体的工作流程如下图1所示。

　　图1 无人机水利工程测量工作流程图

　　(三)具体实施的相关内容

　　无人机在水利工程测量的具体应用过程中，主要对工程进行了低空摄影测量、空中三角测量。关于低空摄影测量，采用Canon 5D Mark II航摄仪对水利工程进行测量，累计航线36条，拍摄照片3383张。拍摄焦距0.035mm，绝对高度1200米，基线距离190m，航线距离 528m，平均分辨率为0.16，航向重叠度为68.58%，旁向重叠度为41.65%。根据相关的统计，误差均符合相关要求，表明无人机航摄的质量均符合各项指标。关于空中三角测量，在VirtuoZo数字化摄影测量工作站下，对空中三角测量进行加密，加密软件为Inpho，为了保证工作效率，本次测量所采用的加密方法为分区加密。加密流程如2所示，空三加密点是由计算机自动匹配的[5]。在Inpho软件中，自带平差结算功能，能够对区域网平差进行计算，提高测量精度[6]。为了保证检测的精确度，需要改正航片畸变，设置信息文件和相机文件，做好像点匹配、航带连接和外业像控点的平差处理等工作，同时还要做好必要的质量检查工作。

　　图2 空三加密流程图

　　结语：

　　随着我国经济的发展，科技的进步，越来越多的科技成果将被应用于实践。在水利工程作为我国重要的基础设施，是一项利国利民的工程，需要不断引入先进的科技成果，提高自身的建设质量。为此，将无人机应用于水利工程测量的实践中，在提高测量精度的同时，对于促进水利工程的可持续发展具有重要意义。

　　作者：宋育东 管华 来源：基层建设 2015年25期