无人机摄影测量技术在环北部湾(广东)水资源配置工程中的应用

无人机摄影测量技术在环北部湾(广东)水资源配置工程中的应用

1古共平，2孙朝

中水珠江规划勘测设计有限公司，广东广州，510610

摘要：随着科学技术的发展，我国的无人机摄影测量技术有了很大进展，并在测绘工程中得到了广泛的应用。无人机遥感技术在测绘工程测量方面发挥着重要作用，它不仅能提高工程施工效率和安全性，及时发现不易探查区域的问题，而且为后期的工程建设提供精准的数据支持。本文对无人机摄影测量技术在测绘工程中的应用进行研究，以供参考。

关键词：无人机；机载激光雷达；测量技术；应用

一、环北部湾(广东)水资源配置工程概述

环北部湾广东水资源配置工程是一项重要的水利工程，旨在解决广东地区城乡生活和工业供水问题，同时兼顾农业灌溉和水生态环境改善。该工程由水源工程、输水干线工程和输水分干线工程三个部分组成，总长度达 499.9km，设 5 座泵站，总装机容量为 402MW。

为解决工作区域地势高低起伏、树林茂密等问题，环北部湾广东水资源配置工程采用最先进的机载激光扫描技术进行测量工作。公司拥有固定翼、旋翼等机型无人机，搭载机载激光雷达系统，集成了全球定位系统 (GPS)、惯性测量装置 (IMU)、高分辨率相机等设备，可穿透植被获取地形数据。此外，公司还拥有计算功能强大的软件和硬件设备，对获取的测量数据进行精密计算，构建高精度数字高程模型，为水利工程设计提供基础地理信息数据。通过采用无人机机载激光雷达测量设备，大大提高了测量精度，同时合理确定飞行时间，适度降低飞行高度，保证无人机航摄影像和点云旁向重叠度、航向重叠度，构建地表精细化三维模型，制作出高精度的地形图、数字正射影像和数字三维模型等基础测绘资料。

二、测绘工程中机载激光雷达测量技术应用

2.1测量流程

激光雷达数据测量作业的生产环节，主要包括航摄设计、航摄数据采集、数据预处理、激光数据分类、数字高程模型（DEM）制作、数字正射影像图（DOM）制作。其详细作业流程如下图所示。

图3.3.1  机载激光雷达工作流程图

2.2技术准备

在进行飞行前，需要做好一系列的技术准备，包括收集资料、仪器设备检校和其他资料准备。具体来说，需要了解飞行区域的行政区划、通信、交通和自然地理等情况，以及飞行区域及邻近地区内已有的大地测量资料情况，如大地控制资料、高程控制资料、似大地水准面成果、像控成果、全球导航卫星系统连续运行基准站等。还需要了解飞行区域的地形类别、地面覆盖类型、植被覆盖密度等情况，以及飞行区域内数字高程模型数据、正射影像图、地形图等相关资料。如果必要，还需要进行实地勘察获取相关资料及信息。

在仪器设备检校方面，需要对激光扫描仪、POS 系统、地面基站 GPS 接收机、数码相机和无人机等设备进行检查和校准。例如，对于激光扫描仪，需要根据作业区域的地形条件和成果对点云密度及数据精度的要求，确定回波次数、扫描角度、扫描频率等相关参数。对于 POS 系统，需要采用双频航空型 GPS 接收机，具备高动态、高准确度双频数据接收能力，具有精确定义和稳定的相位中心，采样频率不低于 2Hz。IMU 测角精度要求侧滚角和俯仰角不大于 0.005°，航偏角不大于 0.02°;IMU 记录频率一般不低于 64 Hz；脉冲延迟一般不大于 1ms，特殊情况下可适当放宽；电源系统应满足长时间无间断作业要求；检查内存容量，机内移动存储器应满足长时间记录和存储所有数据的容量。

2.3飞行计划

在制定飞行计划时，需要考虑航线设计与分区、地面基站选择等因素。具体来说，需要根据 IMU 误差积累的指标来确定每条航线的直线飞行时间，并综合考虑点云密度和精度要求、激光有效距离及飞行安全要求来确定飞行高度。分区设计应基于激光有效距离及地形起伏等情况，同时考虑基站布设情况以及测区跨带等问题。航线旁向重叠设计应达到 20%，最少为 13%，以保证在飞行倾斜姿态变化较大情况下不产生数据覆盖漏洞。在丘陵山地地区，设计时应适当加大航线旁向重叠度。航向起始和结束应超出半幅图幅范围，旁向应超出半幅图幅范围，超出部分不小于 500 m，且不大于 2000 m。

对于地面基站选择，需要在飞行区域内架设 GPS 固定基准站，并采集数据与 POS 系统内部的双频 GPS 接收机采集的数据进行差分测量，以获得更精确的传感器位置。根据差分 GPS 技术要求，GPS 基站与机载 GPS 距离不能大于 30km。

2.4飞行实施

在飞行实施阶段，需要进行飞行准备、飞行控制。具体来说，要在飞机停机位四周视野开阔的地方，避免 GPS 信号接收失锁。机载设备在起飞前进行加电检测，并在起飞前 5 分钟开机，落地后滑行到停机坪后 5 分钟关机。所有基站应在飞行前进入观测状态，并完成电源、存储系统等的检查，做好观测准备。同时，要准备好第二套飞行方案，以备由于客观原因导致飞行困难。

采用华测“航测参数计算小助手”计算基站距离、测量距离、航高、航速、激光航间距、设备点频、航摄参数、激光参数、相机参数等参数之间的数值，设定雷达手簿参数，做好飞行控制。

在飞行控制方面，要求航高保持一致，在一条航线内航高变化不应超过相对航高的 5%~10%；实际航高变化不应超过设计航高的 5%〜10%。飞行速度也要求在整个作业区域内，飞行速度应尽可能保持一致；在一条航线内，飞机上升、下降速率不大于 10 m/s。此外，飞行过程中姿态的要求是航线俯仰角、侧翻角一般不大于 2°，最大不超过 4°；飞机转弯时，坡度不大于 15°，最大不超过 22°；航线弯曲度不大于 3%。为避免 IMU 误差积累，每次进入测区前，飞机应先平飞 3~5 分钟，再做个“8”字形飞行；当次飞行结束后，飞机应先做“8”字形飞行后平飞 3~5 分钟。

3.5数据处理

在数据处理阶段，主要针对激光点云数据进行坐标和高程转换、点云滤波、点云编辑等操作，采用华测 CoProcess 点云后处理软件进行处理。同时，还需要处理数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字三维实景模型、航摄视频动态影像和 360°全景图等数据。

对于数字正射影像图（DOM），采用非压缩的 TIFF 格式存储，地面分辨率为 0.1m，分幅采用标准正方形分幅，并按标准图幅内图廓外接矩形外扩 1cm 范围裁切标准分幅数据。DOM 数据文件名按照图幅西南角坐标编号。此外，还需要生成坐标信息文件，文件格式为 *.TFW。

数字高程模型（DEM）的数据应包括规则格网点、特征点数据和边界数据。基本格网尺寸应为 5m×5m。对于水利水电工程枢纽区以及重要工程建筑物区测图，根据需要选择 2.5m×2.5m、2m×2m 或 1m×1m 的格网尺寸。高程数据取位 0.1m。

数字三维实景模型提交 OSGB 格式成果，任意分幅。同时，还需提供全景图原始图及网络平台数据。

结束语：综上所述，无人机摄影监测技术作为一项新兴技术逐渐被人们所接受，并广泛应用于日常测量工作中。这一技术能够更好地保障测量工作者的人身安全，同时能够获取良好的测量成效，有利于工程建设者对数据信息进行精准采集，为城市的建设打下了良好的基础。

参考文献：

［1］韩影.无人机航空摄影测量技术在工程测量和地质测绘中的应用研究［J］.房地产导刊，2021（30）：259-260.

［2］周楷尧.测绘工程中无人机摄影测量技术运用分析［J］.百科论坛电子杂志，2021（16）：539.

［3］董波.无人机倾斜摄影测量技术在水利工程中的应用探究［J］.科学与信息化，2021（18）：12.