无人机倾斜摄影在水利水电工程移民实物调查中的应用

郭胜涛

北京通成达水务建设有限公司 北京市 100176

摘要：在水利水电工程建设、水能开发项目不断推进的同时，工程建设征、占地也导致了水库移民的搬迁与安置，这就要求对移民土地、建筑物、地上附着物进行测量与补偿。传统的测绘手段主要有人工丈量、全站仪测量法等，但测量精度和效率并不理想。随着无人机技术逐渐成熟，无人机航测技术在越来越多的领域得到应用，但在移民实物指标调查与移民安置点选择上的应用较少。

关键词：无人机倾斜摄影；水利水电工程；移民实物调查；应用

引言

现代工程建设会进行的大量的土石方作业，从而形成大面积的临时城市堆积体，堆积体的地形复杂，采用传统测量方法不仅耗时耗力，且精度不佳，不仅影响现场的施工组织设计，还会影响到工程的直接经济效益，同时也不利于水土保持工作的开展和监控。无人机倾斜摄影测量的相关技术优势正好可以弥补传统测绘方法的不足之处，能够机动灵活地对这些区域进行航摄并构建高精度地形模型，可大大减少测绘工作量和节约工程成本。

1无人机三维倾斜摄影技术的概念

以无人机作为搭载平台获取遥感影像进行摄影测量已经不再新鲜，随着这一领域相关技术的不断提升和改进，无人机航摄凭借灵活机动、廉价高效等特点，其应用越来越广泛，越来越深入，无人机三维倾斜摄影测量技术已经得到了很好的应用。利用无人机在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直方向、4个倾斜方向获取多个视角的影像，或通过单像机从4个倾斜方向进行倾斜摄影，同时记录飞行姿态数据，利用Smart3D、Bentley Context Capture等摄影测量软件，结合实测一定量的地面控制点进行空中三角测量获取航空影像外方位元素，进行区域网平差、多视角影像密集匹配、三维TIN格网重建、白体三维模型的创建、自主纹理映射、三维场景建设，建立基于影像的三维实景模型，通过三维内业采集软件，利用三维模型直接或间接地获取房屋边长及附属设施的位置坐标。

2无人机倾斜摄影优势运用

2.1获取多角度的信息

在传统的摄影技术条件下，只能获取到垂直摄影一个角度摄影，因此，对于地物的其他角度的形状不甚了了解，那么在进行测算过程中单凭一方面的图形是很难对地物进行全方面的了解。然而通过引入无人机倾斜摄影，有效解决这方面的问题，这种方式可以得目标的各个侧面信息，在通过综合分析的方式，有效弥补了传统垂直摄影的缺失。在多个角度获取到的测绘图形，那么就能利用三维立体的计算模型进行搭建，更好地促进测量工作目标的实现，提高测绘信息的水平和质量。

2.2操作方便。

无人机的操作界面，符合人体工程学要求，操作较为简单，人员经过一段时间的专业培训，便可以较好地进行任务操作。随着智能化程度越来越高，现有无人机已可以记忆规划路线，进行智能存储，可以根据规划路线，实现自主飞行及自动返航和智能避障功能。

2.3成像更清晰

在无人机倾斜摄影过程中，由于其具有摄影的功能，因此要搭载多头摄像头，同时在进行拍摄过程中分辨率更高，那么对于目标地的各种纹路能更好地呈现反馈，与此同时，这对待测地的周围环境成像也是非常清晰的

3无人机倾斜摄影在水利水电工程移民实物调查中的具体应用

3.1无人机影像获取

作业区确定是航空作业的第一步，一般根据研究对象或项目要求确定。飞行方案设计则是结合作业区的特点设计作业方案，通常先搜集作业区的地形图和历史卫星影像资料，了解作业区的自然地理状况，进行飞行方案设计，初步确定航摄比例尺、航高、影像重叠度、航摄分区、航摄时间、航飞路线等技术参数，再进行实地勘察，查看作业区内是否有高大遮挡物、高压电塔等，根据实际情况调整相关飞行技术参数。实际航飞时将事先规划好的航线载入无人机飞行控制系统，飞控手按照航线设计控制无人机执行航摄任务，航飞的同时，无人机搭载的多传感器相机按照预先设定的拍摄时间间隔、倾斜角度等参数同时进行多方位的地物摄影，无人机的定位定向系统同步记录拍摄时的无人机位置信息，完成倾斜影像及同步位置数据的获取。飞行过程中，需及时将各个架次获取的影像及航飞记录文件下载至电脑，检查数据完整性及数据质量，对未达要求的及时进行补飞。

3.2移民信息提取

采集完各类地物要素后，对部分内业判断有疑问的地物进行外业修补测，以确保实物内容齐全。修补测程序完成后得到完整可靠的地形图，在地形图的基础上，根据《移民实物调查规范》对各地物要素进行分类存储及挂接图形的属性数据，转换为地理数据库。通过相关部门及单位获取人口、企事业单位等信息，形成以户或家为单元的数据表单，并在作业区村镇负责人的协助下与三维模型获取的房屋、附属物、零星林果木、地类地块等信息关联对应，同时明确地物要素采集过程中无法区分的房屋边界、地块边界等界址信息，确保各实物信息均确权到权属人或权属单位。此外，由专业项目主管部门确认专业项目权属边界，并补充相关属性信息。通过上述过程获取的实物数据及社会经济信息组成完整的矢量型水利水电工程移民实物数据库。

3.3移民实物成果精度分析

通过分析可知，无人机航测技术的航测误差在竖向高程距离、水平距离方面均能满足水库征地移民实物指标调查工作的基本要求，并可以通过自动识别与三维遥感影像人工核准，准确、高效地完成地上物识别，并在遥感影像图上的建筑物、构筑物矢量化输出，矢量化结果可以很好地与原有遥感图像匹配，航测精度较高，应用效果较好。此外，无人机航测技术可对模型的不同高程进行分层处理，通过分层处理进一步将移民安置区域分为宜耕作农牧、宜建设居住区、不宜生产生活区等，这也证明了无人机航测技术在移民安置点选择上也具有很好的应用效果。综上所述，无人机航测技术在移民实物指标调查、移民安置点选择等征迁与安置工作中具有很好的应用效果，其航测精度可以达到厘米级，能够水库移民实物指标调查要求;其实物指标调查及安置点辅助选择工作效率极高实测耗时约为传统调查方法耗时的25%;其工作成果还能提供数字化影像及矢量化成果图;无人机航测技术在水库移民征迁安置工作中的综合优势十分突出。将航摄影像数据导入软件，进行影像位置信息自动排列，检查每张影像图的成像质量；利用ＳｆＭ算法对影像数据进行提取，匹配生成稀疏点云，并对相机参数进行初步估计；在影像上找到控制点靶标，将控制点添加至相应位置，进行空三运算，然后对相机的参数进行优化计算；利用ＭＶＳ方法对多个视角影像进行特征点的匹配分析，剔除冗余点，得到密集点云模型，然后再进一步构建得到地形模型。

结束语

无人机倾斜摄影测量技术在应对任务繁重、时间紧迫且入户调查难度大的移民实物调查项目（尤其是未开展大比例尺地形图测绘的项目）时具有明显优势，影像获取简单灵活，数据采集方便快捷，可大量节省外业调查的人力物力，提高移民信息采集的效率和准确率，为移民投资的准确估算及移民安置工作的稳步开展奠定良好基础。而且在应用无人机倾斜摄影技术开展移民实物调查的过程中间接实现了水利水电工程建设征地范围历史风貌的高保真留存，工程建设后为移民保留了一份永久的影像记忆档案。

参考文献

[1]马力鹤,朱彦博,山岚.电站实物指标调查中无人机倾斜摄影测量技术的应用[J].中国水能及电气化,2019(12):58-61+70+37.

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