水利工程中低空摄影测量的应用

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水利工程中低空摄影测量的应用

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-20 1674 0


按照搭载测量装置的飞行设备不同,摄影测量可以分为载人机航空摄影测量和无人机低空摄影测量,我国在高分辨率空间数据获取方面仍然需要倚靠国外技术设备,现有的测量技术虽然能够获得基本的地理信息,但测量所用卫星受其回归周期、飞行高度的限制难以保证遥感数据的分辨率。而且摄影测量中的载人机航空摄影测量受气候因素影响较大,机动性较差,测量成本相对较高,难以满足三维信息采集要求,因此,无人机低空摄影测量因不受场地条件限制和高空管制具有广阔的发展前景。

1低空摄影测量概述

低空摄影测量指飞行高度在1000m以下的摄影测量,是一种理想的大比例尺地形图影像获取技术,对于城市规划建设、施工用地设计具有重要意义[1]。虽然航空摄影测量较早用于小范围内的城区规划,但是相对无人机低空摄影测量来讲成本较高,而且容易受地面建筑物的遮挡使细节轮廓成像不清晰,建模质量差强人意。鉴于此,为满足现代化城市的快速发展要求,适时采用无人机低空摄影测量技术取代航空摄影测量已成为业界普遍关注的问题。低空摄影测量过程一般需要由三个人协助完成,其作业流程为接受任务→设计航带→组装测试无人机→飞行测试(选择场地→测定风速→飞前检查→地面滑跑)→飞行航拍→降落→数据检查和预处理[2]。与传统航空测量技术相比,低空摄影测量的技术优势主要体现在以下几个方面:

(1)精度高。传统航空测量的精度只能精确到1m,由于低空摄影测量采用无人机进行低空飞行测量,飞行高度在50-1000m,因此能够近距离接触地面物体,精度范围达到亚米级,远远高于传统航空测量的精度范围。

(2)实时性强。无人机与载人机相比受天气状况的影响

长丝土工布的应用领域(1)作挡土墙回填中的加筋,或用于锚固挡土墙的面板。修筑包裹式挡土墙或桥台。(2)加固柔性路面,修补道路上的裂缝,防止路面反射裂缝。(3)增加碎石边坡及加筋土的稳定性,防止水土流失和低温时土体的冻害。(4)路道碴与路基之间的隔离层,或路基与软基之间的隔离层。(5)人工填土、堆石或材料场与地基的隔离层,不同冻土层之间的隔离,反滤和加固作用。(6)储灰坝或尾矿坝的初期上游坝面的滤层,挡土墙回填土中排水系统的滤层。(7)排水暗管周边或碎石排水暗沟周边的滤层。(8)水利工程中水井、减压井或斜压管的滤层。(9)公路、机场、铁路道渣和人工堆石等与地基之间的土工织物的隔离层。(10)土坝内部垂直或水平排水,埋入土体中消散空隙水压力。(11)土坝或土堤中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水。(12)排除隧洞周边渗水,减轻衬砌所承受的外水压力及各建筑物周围渗水。(13)人工填土地基运动场地基的排水。(14)公路(包括临时道路)铁路、堤岸、土石坝、机场、运动场等工程中用以加强软弱地基。

较小,可以实时采集数据信息,而且操作控制更加简单,配套设施成本更低。

(3)安全性高。无人机与载人机相比最突出的特点是无人驾驶,因此无需担心发生坠机事件,无人机体积小,不需要专门的起降场地,经过短暂的准备即可升空飞行。

(4)分辨率高。无人机所携带的高精度成像设备具有多角度摄影功能,能够从多个角度获取地面建筑物的纹理信息,有效弥补了其他航空测量技术受建筑物遮挡成像不全的缺陷。

2低空摄影测量相关问题的处理

在应用低空摄影测量技术之前首先要明确几个关键问题和技术,以确保实际应用过程的顺利进行。

2.1低空摄影测量外业

通过低空摄影测量精度分析可以得知,低空摄影测量中的飞行质量对内业质量和处理进度有直接影响,而主要影响因素包括航线平直度、色调均匀性、摄影平台稳定性等,良好的内业质量需要上述外业因素作为前提和保障[3]。

2.2低空摄影测量定向

低空摄影测量定向结果由内定向、相对定向、绝对定向共同决定,内定向一般是采用批处理的方式进行像对,像对完成之后要着重检查自动测量点的位置,以免因内定向点位置漂移而影响相对定向和绝对定向结果的精度。相对定向需要结合测量区域的实际情况设定好定向参数,同样采用批处理方式,如果结果中两张图片的匹配度不够可以重新设置定向参数,缩小同名点之间的间隔,如果仍然行不通则需检查像对信息是否正确[4]。当测量区域像对的数量较多时一般需要查看精度报告,如果精度不符合要求需要结合定向点位置重新调整再次进行定向计算,指导满足既定的精度要求。

2.3基于低空摄影测量技术的DEM

DEM即数字高程模型,是用一组有序数值阵列表示地面高程的实体地面模型,是数字地形模型的一个重要分支。在低空摄影测量中,影响DEM质量和精度的因素主要有摄影比例尺、匹配效果、高程精度等,针对影响的因素不同,所采取的处理方法也有所不同[5]。航摄比例尺是影响DEM质量的首要因素,为提高模型精度应当根据测量区域的实际地形选择比例尺,由于低空摄影测量的摄影位置较低,因此要保证比例尺的正确。为得到理想的DEM影像匹配效果,在阴影区、森林密集区、悬崖峭壁区处理之前都需要进行加点加线预处理。与载人机航空摄影测量所形成的灰度影像相比,基于低空摄影测量的DEM立体感更强,而且更易切准高程点,可以说,高程点切的越准,DEM的精度就越高。

2.4基于低空摄影测量的DOM

DOM即文档对象模型,是W3C组织推荐的处理可扩展标志语言的标准编程接口。在低空摄影测量中,利用已经生成的DEM来手工拼接DOM的效果要远远高于灰度影像下生成的DOM,影响DOM精度的因素同影响DEM精度的因素大同小异,不外乎航摄比例尺、航片扫描质量、加密点精度等,但DOM精度还受到DOM精度的影响[6]。在制作彩色DOM的过程中影响制作效果的主要是镶嵌影像反差问题,在实际操作中可以发现,第一航带与相邻航带的影像反差较大,远远大于其他两航带之间的影像反差,影响整体效果,究其原因,可能是在航摄或图像扫描过程中没有处理好影像信息,因此,为了提高DOM制作质量,首先要保证数字影像的质量,其次还要严格处理镶嵌好的影像,以免丢失一些重要的数据信息。

3低空摄影测量在黄河宁夏河道水利工程中的应用实例

3.1黄河宁夏河道概况

黄河宁夏河道位于宁夏回族自治区内,纬度在37°17′-39°27′之间,由于纬度差异,封河时和开河时的封冻、解冻方向差异使该河道容易发生洪水灾害。开展黄河宁夏河道地形图测绘的目的在于满足黄河宁夏河道的综合治理要求,便于水量调度、水资源管理、水质监测、河道改造建设等各项工作的顺利开展,为其提供准确详实的地理信息。在黄河宁夏河道地形图测绘中决定采用无人机低空摄影测量技术,采集必要信息后制作DEM和DOM,从而提供必要的技术支持。

3.2测量过程与结果分析

结合黄河宁夏河道的实际地理情况决定最终的飞行区域长度为267km,飞行面积865km2,飞行高程为500m,具体测量流程参照上文流程。为检查测量结果的准确性,同时在治理河段设置了60个控制点,采用实时动态控制系统进行测量,并将该测量结果与低空摄影测量结果进行对比,分析低空摄影测量结果的准确度。以QSDLO1点为例,控制点的计算值与测量值差值分别为:dx=0.097,dy=0.016,dz=0.157,完全满足地形图测量要求。

3.3应用优势分析

从QSDLO1点控制点计算值与测量值差值结果可以看出,低空摄影测量完全能够满足工程测量的高精度要求,测量结果与实时动态控制系统测量结果差异较小,可信度较高。低空摄影测量的技术优势不仅体现在测量精度方面,而且还体现在测量流程上,传统航空摄影测量工程流程复杂,工作效率低下,而低空摄影测量的影像偏角可以达到大倾角匹配要求,特殊的描述方法使匹配效率获得显著的提升,而且误差参数单元划分方法还可以自动识别出现误差的参数单元,从而减少人工干预的工作量。在无人机低空摄影测量系统CPU中引入并进行计算,可以大大提高大型方程的求解率,便于无人机快速更新海量数据信息。因此,无论是在工作效率还是测量结果的精度方面,低空摄影测量都具有不可比拟的绝对优势。

4结束语

低空摄影测量借助无人机完成地理信息的采集工作,无人机本身机动性强,自重小,无领空限制,受气候因素的影响较小,而且可以快速起降,便于迅速获取影像数据,工作效率大大提高,完全满足水利工程的实际需求。低空摄影测量在黄河宁夏河道中的应用可以为河道综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。

作者:杨俊成 单位:云南省水利水电勘测设计研究院


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