无人机航摄技术在峡山水库测量中的应用

张绪朋，何明岗（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

无人机航摄技术在峡山水库测量中的应用

张绪朋，何明岗
（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

【摘要】介绍了无人机航空摄影测量技术的特点，通过在峡山水库提高兴利水位测量中的应用，分析了平面、高程测量精度和测绘成果，为类似测量工作提供借鉴。

【关键词】无人机航空摄影测量；峡山水库；精度分析

1　工程概况

峡山水库位于山东半岛东部，潍坊市峡山生态经济发展区中部，潍河中下游。流域地理位置介于东经118°42′31″～119°42′49″、北纬35°38′53″～36°30′29″之间，控制流域面积4210km2。峡山水库于1958-11动工兴建，1960-09建成蓄水，是一座以防洪、城市及工业供水、灌溉、发电等综合功能的大（1）型水利枢纽工程。

根据山东省水利厅2013-06发布的《山东省水库资料汇编大型水库分册》，峡山水库死水位31.40m，兴利水位37.40m，校核洪水位42.34m。总库容14.05亿m3，其中调洪库容8.55亿m3，兴利库容5.01亿m3，死库容0.49亿m3。工程由主坝、副坝、溢洪道（闸）、放水洞、发电站等主要建筑物组成。

2010-11，峡山水库除险加固工程通过了省水利厅组织的竣工验收。根据《潍坊市峡山水库除险加固工程竣工验收鉴定书》，工程的主要任务是对水库大坝、溢洪道、放水洞等工程进行加固，达到1000年一遇设计洪水标准、10000年一遇校核洪水标准，验收鉴定结论认为除险加固工程已按批复的设计内容全部完成。解决了原有病险问题，工程质量得到进一步加强，防洪安全能力得到了较大提升。

除险加固后的大中型水库，恢复或者提高兴利水位可以有效增加水库兴利库容，提高供水能力。峡山水库建库已50余年，现有库容曲线公布日期距今将近40年，由于多年来受自然与人为因素影响，库区地形有所变化，为了更好地把握人类活动和自然因素对库区地形变化的影响，了解库容曲线的变化情况，同时要充分挖掘水库的雨洪资源利用潜力，提高兴利水位，就必须获取精度更高、现势性更强的库区地形资料。峡山水库整个库区面积约350km2，本次增容工程初步拟定提高兴利水位的幅度为0.60m，即由现状的37.40m提高至38.00m，可增加兴利库容7765万m3，年均增加可供水量1355万m3。根据工程需要，本项目需要绘制水库库区1∶2000比例尺平面图并由此计算新的水库水位～面积～库容关系曲线。

2　无人机航空摄影测量技术简介

根据上述测绘任务，目前大比例尺地形图测绘的技术手段主要有三种：一是野外数字化测量；二是传统载人飞机航空摄影测量；三是无人机航空摄影测量。比较上述三种测量方式，其优劣势是：第一种野外数字化测量方式需要大量测绘作业人员，成本较高，且作业会受到地形、气候等环境因素的影响，也无法获得影像底图，难以满足工期与质量要求。第二种传统载人飞机航测法，在目前国内空域管理的模式下，需要进行空域申请，机场协调等系列工作，成本较大，工作繁琐，同样难以满足工期的要求。第三种无人机航空摄影测量方法较前面两种方法具有成本低、操作方便、现势性好、测绘精度高等优点，无人机也存在自身的缺点，体积较小，飞行高度较低，飞行姿态不够稳定，机载焦距较小，像幅较小，后期影像拼接工作量大、空三加密处理复杂。经过方案比选，本项目决定采用无人机航空摄影测量方式完成整个测区的1∶2000地形图测量任务。

无人机航空摄影测量技术的特点和优势是：

1）操作简单。无人机航空摄影测量适用于低空飞行，空域申请简单易办，受天气影响较小，能有效地减少人机航测中因云层遮挡等影响而留下的漏洞区域。无人机航空摄影测量无需起降机场，对远离城市的大面积水利测量尤为合适。

2）成本低廉。无人机航空摄影测量飞行时间短，参与飞行的人员很少，降低了项目成本。

3）机动灵活。无人机航空摄影测量可以根据天气情况，快速灵活的进入现场对目标区域进行观测。

4）安全性能高。无人机航空摄影测量相对于载人航空摄影测量而言，可以在恶劣的气候条件和复杂环境中完成任务，降低危险性。

5）效率高。无人机航空摄影测量不受地形影响，可以进入各种复杂地域拍摄，无论是林地、高原、盆地还是水域等，都能实施作业，获取较为全面准确的数据，高效率的完成作业。

6）准确度高。无人机航空摄影测量是集数字通讯、摄像、全球导航卫星等先进技术于一体，各种设备技术的发展和系统整体集成技术相对成熟，可获得超高分辨率的数字影像和定位数据。

3　项目应用

本项目所采用的无人机航空摄影测量系统由飞行平台、数码传感器、地面监控系统、数据传输系统及配套软件组成。该系统先后完成航摄项目20余个，作业面积3000余km2，获取0.05～0.5m影像40000余张，为国土、交通、建设、规划、电力、水利等部门及时提供了测绘应急保障服务。

2013-10完成了峡山水库提高兴利水位测量工程的1∶2000地形图测量航拍，航摄比例尺1∶30625，地面分辨率0.15m，飞行高度720m，飞行时间约480min，测区总共划分四个区域，飞行四个架次，作业面积约350km2，共获取影像3038张。拍摄的无人机低空摄影照片，现势性较好，航摄资料已经通过验收。

4　精度分析

考虑到航空摄影测量在高程精度方面的劣势，根据项目需要，为提高整个水库测区DEM高程精度，现场作业人员在主要道路、堤坝等特征建筑物采集了部分特征点，作为加密DEM需要。最后根据无人机航空摄影测量成果，制作了格网间距为2.0m×2.0m的高精度DEM以及平面比例尺为1∶2000的DLG。为了验证无人机航空摄影测量的平面、高程精度，作业人员采集了大量的全野外碎部点作为检查点，与无人机航空摄影测量成果进行了比较。

根据野外检查成果，按照中误差统计公式计算，峡山水库提高兴利水位测量工程无人机航空摄影测量地面点平面位置中误差为：0.28m，高程中误差为：±0.29m，均满足《水利水电工程测量规范》1∶2000航测成图精度要求。而且加入外业实测高程点后，数字高程模型精度有一个较大提高，为峡山水库水位～面积～库容关系曲线计算打下了良好的基础。

5　结语

峡山水库提高兴利水位测量工程项目要求时间紧，任务重，作业范围大，采用常规测量方式难以如期完成任务。采用无人机航空摄影测量作业方式，极大的提高了作业效率，缩短了作业工期，节约了生产成本，提高了图件的现势性，及时提供了满足规程规范和设计要求的1∶2000库区平面图，得到了设计部门的好评，同时该作业方式的尝试也为后续的工程提供了借鉴，积累了经验。

参考文献

[1]SL197-2013，水利水电工程测量规范[S].

[2]史文飞.无人机航空摄影测量技术在电力工程测量中的应用[J].企业研究，2014（02）:183.

[3]李兵.无人机摄影测量技术的探索与应用研究[J].北京测绘，2008（1）:1-3.

[4]刘欣阳等.无人机低空摄影测量系统在大比例尺地形图中的应用[J].科技传播，2014（3）.

[5]罗先权等.无人机航摄系统在大比例尺成图中的应用，2013,11（3）:23-25.

（责任编辑张玉燕）

【中图分类号】P231

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2015）-06-0011-02

收稿日期：2015-01-10

作者简介：张绪朋（1973—），男，高级工程师