无人机在水利工程测量中的应用

无人机在水利工程测量中的应用

摘要：众所周知，水利工程是重要的基础设施工程，对于促进经济发展和社会

进步具有重要意义。现阶段，随着科技的发展，水利工程的建设也日趋现代化。

尤其是在水利工程测量方面，现代科技的应用，极大地提高了工程测量的效率和

质量。尤其是无人机的使用，凭借自身的机动灵活性，快速获取数据，贡献巨大。本文主要探讨了无人机在水利工程测量中的应用。

关键词：无人机；水利工程；工程测量

我国有面积广阔的季风气候区，海陆热力性质的巨大差异，形成了我国降水

时空分布的不均匀性，旱涝灾害频发。随着我国水利基础设施的完善，水利信息

化水平的不断提高，结合了先进的空间技术、通信技术等先进技术的信息化测绘

技术在水利工程测量的实践中应用日趋广泛，为水利工程的设计和施工提供了精确、直观的数据分析，提高了工程决策的科学性。近年来，随着无人机的使用，

起降方式机动灵活，自主飞行，低空循迹，快速获得数据资料，尤其是无人机中

的相关设备，能够对于航空影像和工程数据进行收集，有利于三维模型的构建，

为工程的科学决策奠定了基础。

一、无人机在水利工程中的应用

（一）无人机在水利工程中的应用范围

在水利工程行业内，工程建设与管理与工程建设环境评价和安全监测息息相关，而无人机的应用，均可以实现对工程建设和管理的低空遥感，完成对工程的

快速测绘及信息监测。由于工程监测具有数据分辨率高、实施快速的特点，而无

人机的监测也具有灵活性强，分辨率高的优点，再配合以先进的空间信息技术和GPS技术，能够为水利工程的建设和科学决策提供科学的数据基础。

（二）无人机在水利工程中的应用分析

1. 无人机在水利工程测绘中的具体应用

普通航空摄影也可以用于工程测绘，但是由于缺乏灵活性，对于云下图像的

获取难度也很大，卫星遥感时效性不高，分辨率低，为此，在水利工程的测绘实

践中，往往需要重复测绘，工作效率不高。随着无人机的使用，在机体上荷载数

据遥感设备，借助于遥感数据处理系统，并与3S技术有机结合，能够对目标进

行有效的观测和数据处理。通过无人机技术的使用，可以实现对目标的实时数据

收集和快速处理。另一方面，通过无人机技术的使用，无人机遥感图像技术能够

将不同时段的监测图像进行假彩色合成，从而对工程不同区域内水域的状况进行

分析，为科学决策提供有效信息。

2. 无人机在水利工动态监测和水域环境监测中的具体应用

我国水资源储量丰富，流域众多，河流面积广，对经济发展产生了重要影响。通过无人机技术的使用，能够实现对水域变化的动态监测，掌握基本的水域基础

数据，为水域的调查和统计奠定基础，并逐步实现水域管理的信息化，为水利管

理的现代化铺平道路[1]。

3. 无人机在水利工程水土保持中的具体应用

随着经济的发展，在各种因素的共同作用下，我国水土流失的问题日趋严重，甚至成为了最主要的环境问题之一。尤其是水利工程的建设，对流域内水土流失

情况进行统计，人工处理方法费时费力，准确性不高。随着无人机技术的应用，

根据土壤侵蚀定量来对水土保持进行研究。通过获取的遥感图像，能够对水土流

失问题进行分析，并制定合理的改善策略，确保水利工程的可持续发展。

二、无人机在水利工程测量中的有效运用

图1 无人机水利工程测量工作流程图

（一）概述

无人机技术在水利工程测量中的具体应用，主要涉及无人机低空摄影测量系统，测量系统要想正常发挥功能，就必须保证飞行平台、飞行导航与控制系统、

数码摄像设备、数据传输、地面监控、发射与回收、地面保障设备等系统均处于

正常工作状态[2]。

无人机低空摄影测量系统有着广泛的实践应用，尤其是在土地利用动态监测、地质灾害勘察、矿产资源勘探、海洋资源勘察、环境监测等方面，无人机技术有

着重要的应用。值得一提的是，无人机在水利工程测量中也有着广泛的应用。在

应用过程中，需要根据地面分辨率、航摄范围、时间、航线布设及影像重叠度等

进行设计，确保应用效果[3]。

（二）作业方案

本文以某水利工程的测绘工作为例，对无人机技术在水利工程测量中的应用

方案进行了探讨。在本次测绘任务中，无人机低空摄影测量系统在设计测绘任务时，将其划分成7个架次。在测绘过程中，平面控制网布设了四等GPS网，GPS

标石点共埋设了24个，并需要对3个国家三角点进行联测。关于高程控制，本

次测绘工作所采用的是四、五等集合水准测量测量成果。关于像控点，区域网布

设方案是非常适合本次测量工作实践的设计方案，航向相邻两个像控点之间的跨

度控制在8-12条基线之间。为了保证测绘工作顺利开展，像控点的位置也至关重要，为此，一般选择在航向及旁向六片或五片的重叠范围内。在实际测量工作中，通过GPS-RTK方式对像控点进行联测，确定其三维坐标。数据采集的条件为固定

解状态HRMS和VRMS均不高于0.02m[4]，并以两次测量值的平均值作为最终测

量结果。

在本次的航空摄影中，无人机航空摄影分别实施了7个架次，航摄仪型号为Canon 5D Mark II，最终确定的地面分辨率为17cm，地面数据采集采用的是VirtuoZo NT 3.5，并借助CASS9.1软件形成最终的测绘图，输出结果，具体的工作

流程如下图1所示。

（三）具体实施的相关内容

无人机在水利工程测量的具体应用过程中，主要对工程进行了低空摄影测量、空中三角测量。关于低空摄影测量，采用Canon 5D Mark II航摄仪对水利工程进

行测量，累计航线36条，拍摄照片3383张。拍摄焦距0.035mm，绝对高度

1200米，基线距离190m，航线距离528m，平均分辨率为0.16，航向重叠度为68.58%，旁向重叠度为41.65%。根据相关的统计，误差均符合相关要求，表明无

人机航摄的质量均符合各项指标。关于空中三角测量，在VirtuoZo数字化摄影测

量工作站下，对空中三角测量进行加密，加密软件为Inpho，为了保证工作效率，本次测量所采用的加密方法为分区加密。加密流程如2所示，空三加密点是由计

算机自动匹配的[5]。在Inpho软件中，自带平差结算功能，能够对区域网平差进

行计算，提高测量精度[6]。为了保证检测的精确度，需要改正航片畸变，设置信

息文件和相机文件，做好像点匹配、航带连接和外业像控点的平差处理等工作，

同时还要做好必要的质量检查工作。

图2 空三加密流程图

结语：