刍议无人机航测在大型水利工程中的应用①

陈东宇

(吉林省水利水电勘测设计研究院 吉林长春 130021)

在大型水利工程航测工作中应用无人机，可以将拍摄的资料处理为三维立体图像，不仅图像清晰，而且每个细节都准确到位，特别是无人机采用倾斜摄影的方式，使得传统的3D建模技术所存在的局限得以突破，不仅拍摄效率提高了，而且提高了精度，使得测量要求得到满足。对于无人机拍摄的图像应用软件数字软件进行处理，不会出现采编库分离的问题，测绘技术从数字化走向信息化，将无人机拍摄中所获得的地理要素全部用骨架线+属性描述方式表示，完全满足GIS建库，测绘应用需求得到满足。

1 水利工程案例

以某水库的总库容量为57540000m3，水库坝高是99.4m，供水量可以达到的均值为5725m3/h。在对水库进行测量的过程中应用无人机航测，做到了测量与测绘相结合。将航测平台系统建立起来，无人机在对水库进行航测的过程中，还可以将信息通信资料持续提供，保证信息资料实时更新，确保信息准确完整。将航测所获得的信息使用软件处理，发挥ContextCapture软件和Photoscan软件的作用，操作简单，还可以制作为数字化的地图，并将数据模型构建起来，使得航测所获得的资料立体直观。

2 无人机测绘技术的基本介绍

在进行水库拍摄的时候，考虑到测绘环境比较复杂，特别是测绘区域内有各种房屋，增加了测绘的难度，于是采用无人机拍摄，特别要结合倾斜拍摄，对于所获得的资料需要使ContextCapture软件和Photoscan软件处理数据信息并构建为模型。在拍摄的过程中，当无人机没有捕捉到水库建筑物图像的时候，发现纹理区域能够将较小的图像映射出来。其实这种状况与没有拍建筑物的墙壁是比较类似的。采用无人机倾斜拍摄的方法捕捉住墙壁纹理，或者使用特写镜头进行拍摄，也可以调节软件捕捉纹理信息并编辑。在具体的工作中，可以采用点云数据，基于此将预设的不规则三角测量预设出来，没有纹理的三维模型生成，之后使Photoscan软件就可以采集纹理信息，完成映射。当图像的数学关系完成后，确定位置信息，就建成了真实纹理的三维模型。

在制作图像的时候，应用Photoscan软件采集资料信息，对水库的占地情况初步统计，将无人机的飞行方案制定出来，并申请空域；根据道路的线型以及无人机所具备的性能进行勘测，对于航拍的高度要明确，将各项参数设置好，包括无人机的架次、拍摄的间隔以及无人机的航向和旁向重叠等等各项参数都要准确无误。使用Photoscan软件进行数据信息采集，要按照飞行方向获得地形数据。使用Photoscan软件对数字进行编辑处理，表面模型生成后，用无人机正摄影像的范式对数据模型予以纠正并可视化处理，最终获得三维模型[1]。

ContextCapture软件的具体应用中，需要将软件平台建立起来，将获得的数据信息构建模型。ContextCapture软件运行中，可以对无人机拍摄所获得的信息实时更新，可集成操作建立三维立体模型。这种无人机航拍与软件数据处理相结合的方式，是由于ContextCapture软件和Photoscan软件都具备很好的兼容性，可以与其他的平台兼容采集信息。将这两种软件系统用于无人机测绘工作中，所获得的图像能够发挥软件的功能将高精度的3D模型建立起来，拍摄的区域通过3D模型能够更好地传递真实信息。

3 水利工程中对无人机进行航测技术的应用

与实时动态控制系统和全站仪测量技术相比，无人机主要用于现场测量，改善了施工测量环境。由于内部矢量化，提高了生产效率，缩短了项目周期，有效地控制了外部测量成本。与传统的测量技术相比，技术操作人员数量少，操作方便。在测量过程中，无需使用立体眼镜和跑步机直接采集数据信息来建立三维模型。如果采用传统的摄影测量技术，使用立体图形拍摄在一个方向上有深度感，但是不能准确地确定转角的位置。使用无人机倾斜摄影测量技术可以对具体的拍摄位置准确定位。

3.1 无人机航测中采集纹理信息

在数字航空摄影测量的过程中，考虑到测绘环境比较复杂，特别是测绘区域内建筑物比较多，而且该水库附近的山多、河流多，在这样的环境中就会增加测绘难度，所以采用无人机拍摄，结合ContextCapture软件对数据进行建模处理。ContextCapture基于物方mesh进行全局优化。ContextCapture的软件使用有一定的复杂性，而且专业性很强，包括主从模式、JobQueue、控制点编辑、Tiling操作、水面约束等，使用之前都需要经历一段实践的学习，使用中更加灵活。为了保证建模输出获得良好的效果，ContextCapture可以从不同的角度对静态建模主体拍摄，输入数据源即为拍摄得到的照片，还附带着辅助数据。这些都是默认拍摄，并保留设置，其中涵盖传感器的属性，诸如焦距、传感器的规格、主点以及镜头失真等等，还包括位置参数（全球定位系统），照片姿态参数（惯性导航系统）以及控制点等等，才能使得所输出的三角网格模型具有较高的分辨率，建模主体的色泽得以复原，几何形态及细节都清晰显示。在具体工作中，做好像控点的影响标识工作非常重要，还要解算数据内容的，包括水库工程项目的相关信息以及规格控制点位、新加的项目等等都要体现出来，做好数据处理工作，对数据核对准确无误之后就可以导出[2]。

对于这个水库工程项目，因为是新建的所以需要导入图像数据相关信息，将图像的设计坐标创建起来，保证坐标的位置与拍摄所获得的信息匹配，经过参数的调整之后进行有效设计，使得数据内容准确，而且相关信息的处理效率提高。使用编辑器设置像控点。使用行之有效坐标系，将已经定义好的资料信息导入其中，然后将布控数据信息导入，做好航测标记工作。将数据信息导出之后，构建立体模型，采用这种方式可以检测航测所获得的成果是否准确，保证各项平面的误差控制在规定的范围内。遵照数据项目的设计规范与要求，进行数据测图工作，生成数字的线性画图。增强数字化的技术模型，综合区域中的具体情况，确保航测的精读。对于加密点，经过把有关元素整合，采用实际测量的方式结合线段测绘方法，将CAD Civil3D加入其中，采用数字分析的方法，以获得真实有效的测量结果。当这些工作完成之后，做好核对工作，平面精读要高，符合规定，使得采集的信息有较高的应用价值。

3.2 无人机航测中对数据信息进行处理

在处理数据信息的时候使用Photoscan软件。Photoscan在对数据信息处理中更需要遵循的流程是，安装好软件之后将信息导入其中，软件会将照片自动对齐，将拍摄的角度以及拍摄的距离确定之后，将密集云全部建立起来，将每一点之间的关系计算出来，将每一个识别出来的点列入密集计算中就会形成网格，有了各个点间的矢量函数关系，从实际情况出发建立连接，3D模型就会构建起来，此时的模型中涵盖所收集的各种数据信息，初步的3D模型形成。Photoscan软件的使用中，可以随时采集和编辑信息，采集和建立数据库，存储数据信息。无人机拍摄获得的信息可以传输到指定的数据库中，并实时更新数据信息。它可以采集、编辑、存储最终将数据信息构建为模型。改进纹理映射算法后，还可以将原始的二维纹理图像传输到三维模型的位置。拍摄区域可以通过三维模型更好地传输真实信息[3]。

无人机采集的图像由Photoscan软件处理，采集与编辑库不分离。测绘技术由数字化向信息化转变。在Photoscan软件搭建的平台上，将无人机拍摄中所获得的所有地理元素用数字描述方法，完全满足了地理信息系统数据库建设和制图应用的要求。在图像显示和打印高亮显示过程中，可以动态、符号化地进行操作，符合方案规范，满足设计图纸要求，实现了地理信息系统与绘图的统一。

4 结语

通过上面的研究可以明确，在对大型水利工程进行航测的过程中发挥无人的作用，一些细节都可以拍摄到位。但是，要确保无人机拍摄的图像更为直观，就需要转化为高质量的三维模型，采用Pix4Dmapper软件是非常必要的，这种软件具有采集信息和编辑信息的功能，而且在处理这些问题的过程中可以直接建立数据库，将建立的模型存储在指定的数据库中，这样可以保证三维模型具有较高的精确度。