安徽省长江河道管理局 安徽芜湖 241000
摘要：本文描述了安徽省长江崩岸急需治理的严峻形势和现我局崩岸区域地形测绘方法，通过采用无人机航测获取长江应急崩岸治理工程区域地形资料，并详细阐述了无人机航测的作业流程和航测过程中注意的问题，且进行了无人机航测成果的精度分析。对无人机航测与传统测绘方法的比较，说明无人机航测在长江崩岸治理工程中值得应用推广，随着无人机技术不断发展，将会在其他工程领域得到更广泛应用。
关键词：崩岸；无人机航测；影像；数字线划图；精度
1、背景
安徽境内长江位于长江下游，河道总长416km，分布在安庆、池州、铜陵、芜湖、马鞍山市沿江城市[2]。经过半个世纪的建设，崩岸和河道变化得到了一些控制，由于堤岸防护标准低、历年洪水冲刷、河段河势调整，崩岸险情时有发生。据统计，安徽长江干流河道崩岸区70多处，崩岸区长度约410km。近15年来，发生崩岸33处，长度约90km,其中，天然州2008年9月崩岸坍塌13户房屋，2010年9月崩岸倒塌4户房屋，29户住宅处于危险区域[2]；2017年汛后马鞍山和县金河口段滩地发生崩岸险情，形成连续3个崩窝，总长约600m，崩窝深80m，严重威胁堤防和人民生命财产安全，崩岸治理急需进行，实时地形测绘资料是崩岸治理方案可行性的重要保障。我局传统崩岸地形测绘：陆域采用GPS RTK同全站仪配合全野外数字化测绘，水下采用HY1600测深仪及GPS RTK相结合方式。
传统的水利测绘模式下，水下地形测绘相对难度不大，陆域地形复杂，树木、芦苇、杂草众多，崩岸区随时都会再次崩塌，给测绘工作带来很大困难和安全隐患，导致测绘时间长、投入人员多、成本高，甚至有些困难地区人员无法施测。特别在汛期，崩岸抢险处需要地形资料快速准确提供，为防洪抢险争分夺秒。传统测绘模式已无法满足高难度、快节奏的测量生产的要求。随着无人机技术的不断发展，无人机航测是传统测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势，为长江崩岸治理提供强有力的技术支撑。
本文以安徽省长江应急崩岸治理工程为例。介绍了无人机航测获取长江应急崩岸治理工程区域陆域地形资料的具体过程，并对其精度进行分析。
2.无人机航测技术
2.1无人机航测概述
无人机航测是集遥控遥测技术、高空影像拍摄及传输处理的一种先进的应用技术，它由无人机、地面站以及数据处理系统组成［3］。无人机航测基本原理是利用无人机飞行技术，搭载专业航测设备进行拍摄及记录，获取高分辨率和高精度影像数据，之后进行影像数据后期处理、制作符合国家标准的各种比例尺正射影像图DOM、数字高程模型DEM、数字线划图DLG等地图产品。
2.2无人机航测作业流程
无人机航测的作业流程［4］，主要包括测区踏勘、航线规划、像控点检查点布设、影像数据采集及后处理、立体测图及外业调绘、成果输出、精度分析等，见流程图1。其中关键点为航线规划、像控点布设、空中三角测量及DOM的镶嵌处理。
图1 流程图
3.无人机航测在崩岸治理工程中的应用
2015年国家发改委批复安徽省长江崩岸应急治理工程24处，护岸总长度43.85km，分布于安徽长江段上至宿松，下至马鞍山和县，崩岸区地形均为带状地形，多处都是树木杂草丛生，工程急需1:1000崩岸地形测绘资料。水下地形采用HY1600测深仪及GPS RTK相结合进行水下地形测绘，陆域地形采用大疆无人机PHANTOM 4 PRO和Aliture飞控软件相配合对测区进行航测和传统测量方法同步进行，现主要介绍无人机航测的具体情况。
3.1 航线规划及像控点、检查点布设
由于本次航测区域均为长江岸线，岸形弯曲各异，地形均为带状地形，航线方向设计基本平行岸线方向。根据测区原有地形资料和实地踏勘情况及无人机续航时间、地形测图精度，在奥维地图中预先设计每个架次的航测范围，范围的设计要充分考虑其航向、旁向重叠度，确保航测能覆盖整个测区，无航摄漏洞。
测区测量布点有两种，即像控点、检查点。像控点用来拼图，检查点用来检验航测成果的精度。像控点、检查点要遵循预先设计好的航测范围进行布设，并充分考虑影像数据处理软件对像控点的要求。本次像控点、检查点测量均以测区原有的高级控制点为引据点，以一级图根点的要求进行施测，对于测区树木芦苇较多地区，像控点进行适当的加密，确保成果的可靠性。
3.2 数据采集和数据后处理
3.2.1 数据采集
影像数据采集较为简单，将设置好的航线经过现场复核满足要求，通过Aliture飞控软件上传至无人机，无人机进行影像数据的自动采集。
3.2.2数据后处理
影像处理软件采用瑞士Pix4D Mapper ,主要包括影像和像控点数据导入、刺点、POS辅助空中三角测量、DOM均色镶嵌。此次航测使用大疆无人机PHANTOM 4 PRO，此无人机自带POS数据，在数据处理过程中无需再次导入POS文件。空中三角测量是影像数据处理的重要工序，直接影响航测产品质量。空三区域分为各加密区域网采用自动和手动相结合方式进行空三加密，采用自动匹配进行像点测量，剔除粗差。加入外业像控点对测区坐标定向，进行计算、检查。其他步骤均全自动，在处理完成后，查看生成的DOM文件（正射影像图），影像图局部可能会出现扭曲、错位、颜色不均等问题，就需要对DOM进行镶嵌处理。一般影响正射影像图颜色质量主要因素是影像间色彩差异较大和单张影像内部亮度不均匀。对于局部影像扭曲、错位，大部分存在于边缘地带和航次重叠处，可以利用镶嵌图编辑器进行修正，无法修正的根据大小可进行重新航测或野外数字化测绘。
3.3 数字线划图制作
利用EPS三维测图系统(见图2)和南方CASS软件进行室内数字化采集，生成初始DLG。由于像控点布设不周密、航线规划重叠度不够、航测时天气较差、测区植被密集、影像软件处理方法不够精密等原因，导致正射影像图部分不清楚和扭曲、错位，无法进行室内数字化采集；在对DOM进行数字化采集时，对于地形地物属性不能准确判读的，这些均需进行外业调绘。外业调绘以DOM和初始DLG为底图，调绘时测量精度满足项目要求。最终将调绘结果与初始DLG进行整理，生成最终数字线划图DLG。
图2 EPS三维测图系统
4.精度分析
数字线划图精度分析上［5-6］，采用历年崩岸区测绘资料和现场GPS RTK测点相结合的方式进行。平面精度检查点为历年资料固定水工建筑物的拐点、道路拐点等明显地物特征点，高程精度检查点为道路交叉点、护坡顶、树林空白处、旱地等。检查点设置要具有代表性、整体均匀。本次在不同测区进行采集高程检查点157个，平面检查点144个。统计结果如下表1、2。
表1 地形特征点对比表
表2 地貌高程对比表
统计对比结果：地物特征点平面中误差81mm，高程中误差67mm，地貌高程中误差103mm。从误差结果比对分析，地物特征点大多选空旷无遮挡的构筑物上，平面和高程中误差均能满足测图要求；地貌点均匀布设于测区，在植被茂密处，高程误差较大，空旷处高程误差较小。这个问题：一是由于外业飞控软件航线规划和像控点布设不完善、航测时天气质量较差；二是由于内业数据处理软件算法不够精密、点云滤波功能不够精密等原因。现阶段就需要我们在布设像控点时在困难地区进行加密或在外业调绘时进行补测。以上所述，无人机航测可以应用于长江崩岸治理工程，提高测绘作业效率，也可在其他领域推广应用。
5.结论
本文通过对长江应急崩岸治理工程进行无人机航测，详细阐述其生产过程。可以发现无人机航测与传统全野外数字化测绘相比较，具有高效快速、成图精度高、节约成本、缩短工期、安全等优势，有力补充了长江崩岸传统测量方法，特别在汛期崩岸抢险测量中体现出巨大的优势，很值得推广应用。目前无人机航测还有不足，特别在大比例尺测图中，在植被密集区域提取的高程数据精度不高，仍需要野外补测。我相信随着无人机技术的不断发展，配套软件的不断升级，无人机航测在不同困难复杂地形测量精度将会有很大提高，届时，无人机航测不仅在水利建设中得到应用，也会在其他生产领域得到更广泛的应用。
参考文献：
[1] 张正禄等.工程测量学[M].武汉大学出版社，2005.
[2] 刘东风，吕平.安徽省长江河道治理及保护的实践与探索[J].长江技术经济，2018(2):41-46.
[3] 杨宙翔.无人机航空摄影测量技术在地形测量中的应用[J] .资源与信息工程,2018,33(5):127-128.
[4] 龚武明,蔡勇圣,王国琪,等.低空无人机在滩涂面积测绘中的应用[J].上海水务,2018,34(2):65-67.
[5] 吴波涛,冯琦.无人机航测在大型水利工程中的应用[J].长江科学院院报，2017，34(3):148-150.
[6] 陈斯恺.无人机航摄在丘陵地区大比例尺地形测绘中的应用研究[J] .福建地质,2018,37(3):265-270.
收稿日期：2019年4月8日
作者简介：宋轩彬（1987年11月）,男,安徽省南陵县,工程师,注册测绘师，安徽理工大学,大学本科,学士学位,主要从事工程测量、海洋测量。
论文作者:宋轩彬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/25
标签：无人机论文; 地形论文; 长江论文; 高程论文; 检查点论文; 测量论文; 影像论文; 《基层建设》2019年第24期论文;