宁凯轩
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摘要：针对河湖和水利工程划界测绘工作现势性要求高、快速成图的特殊需求，本文对当前流行的无人机航测技术展开相关研究，结合实例，对该技术应用于河湖和水利工程划界测绘中的整体作业流程进行了详细探讨，同时验证了其测量精度。
关键词：无人机；航测；河湖和水利工程；划界测绘
1引言
根据《湖北省河湖和水利工程划界确权工作方案》，湖北省从2019年年初开始全面实施河湖和水利工程划界确权工作。河湖和水利工程划界确权，是一项不可或缺的基础性工作，将为水利部门依法行政提供前提和基础条件，对进一步加强河道和水利工程的管理，保证河湖和水利工程的功能发挥具有重要意义，同时对于国土开发利用规划和城市建设规划也具有重要的指导意义。湖北省是河湖大省、水利大省，划界确权任务重，划界确权工作涉及单位多，调查、勘测、划线、布桩到确权，每一步工作量都很大。传统的划界测绘方式主要存在以下三方面的问题：①使用GPS-RTK和全站仪的全野外实测方法，存在劳动强度大、作业周期长、受天气和环境影响大等不足。②利用载人大飞机航测的方式受制于空域申请困难，目前使用成本还比较高；③基于遥感测绘的手段因受卫星重访周期的影响，影像现势性不高，而且农村居民点分散，冗余信息较多，现阶段精度还难以达到要求。针对划界测绘现势性要求高、快速成图的特殊需求，传统的测绘作业方式已经难以满足要求亟待更新。
近年来，随着测绘行业逐渐向着信息化、智能化的方向发展，以无人机航测技术等为代表的先进技术不断发展成熟。河湖和水利工程区域通常具有水域覆盖面积广、河道线路长、弯曲不规则等客观地理条件，无人机航测技术在快速获取测区正射影像、数字线划图、数字高程模型等方面具有传统测量手段无可比拟的优势。
2无人机航测技术概述
无人机航空摄影测量系统集成了卫星导航定姿定位、高空航拍、视频图像实时传输以及影像数据处理等最新的高科技应用技术。该系统主要包括无人飞行平台和地面站两部分，无人飞行平台又包括自动驾驶仪、遥控设备和数传电台，地面站由航线规划和地面控制软件及附属野外保障设施组成。无人机航空摄影测量系统的原理是将机载遥感设备装备在无人飞行平台上，利用其获取地面高分辨率的影像数据，然后按照一定的精度要求利用专业化的软件将获取到的影像经过全自动化的处理，不仅可以得到线画图，还可以进一步生成三维场景、数字正射影像等多样化的数字测绘产品。
3应用实例
3.1项目概况
天门市古称竟陵，为湖北省直辖的县级市，武汉城市圈、长江中游城市群重要成员，汉江流域主要的节点城市，位于湖北省中部、江汉平原北部，北抵大洪山，南依汉江，东临武汉。市内河流湖泊众多，属于河湖平原。从拖市镇大桥村起，沿天门河往东，接天南长渠，又东，连汉北河天门段，在这条分界线以南的地区（不含青山）为河湖平原，属堆积地形，地势平坦开阔，全部由新生界第四系地层组成，本次任务需要对境内的某条河流进行划界测绘。
3.2工作实施方案
根据测区地形及实际情况，我们采用大疆无人机低空摄影测量方法绘制1∶2000地形图。
实施方案：首先通过无人机获得测区的高分辨率影像图和数字高程模型，为外业调绘和规划范围线提供底图，然后通过内业采集和编辑，通过三维建模进行界桩位置预设和管理范围线以及保护范围线定线，最后进行外业调绘并根据调回情况适当调整规划管理范围线以及保护范围线。
3.3外业航飞
首先每隔500米在河岸两边布设像控点，然后通过无人机进行航空摄影测量，在此次航拍中，以测量范围扩宽河道两岸各150米进行航线规划，而且航线平行于河道，保证河道上空有5条航线以上；这样可以满足后期管理范围线和保护线的规划。本次航飞共飞行10个架次，每个架次飞行时间15分钟到20分钟，飞行公里数大约15公里，共获取到航摄区域1345张符合规范要求的地面影像。
3.4像控点测量
考虑到本项目为山地地形地貌，可作为像片控制测量的特征点比较少，本次任务的像控点全部采用区域网的方法进行布设，由此，作业前根据甲方要求在明显的地面处布设若干个标志（地标），标志为红色油漆涂成粗十字形状。利用CORS网络RTK在联测本测区高等级控制点的基础上，逐个采集每个像控点的平面坐标和高程。
3.5空三加密
本次空三加密采用专业的无人机测绘和摄影测量软件Pix4D，空三构成的区域网整体框架精度为：控制点X坐标的中误差为5.0 cm，控制点Y坐标的中误差为5.6 cm，控制点Z坐标的中误差为11.3 cm。用于检查点X坐标的中误差为6.9 cm，检查点Y坐标的中误差为10.1cm，检查点Z坐标的中误差为12.3 cm。空三精度进行综合评定后平面位置中误差为：11.1 cm，高程中误差为13.9 cm。
3.6数据采集
利用无人机测绘和摄影测量软件Pix4D进行立体量测，直接在以上空三加密成果的基础上进行本次测图任务的数据采集工作，软件采用 “所见即所得”的全要素采集方式建立立体模型，最后生成符号化1:2000的线划地形图并完成数字正射影像的制作。
3.7外业调绘
外业调绘利用套合的DOM影像图和DLG线划图进行，将套合后的图打印成纸质版，外业调绘时对照纸质图来补测内业时看不清楚或遗漏的地物地貌，删除多余的地物同时注记属性信息，并加密高程注记点，再利用CASS7.0地形成图软件编绘成1:2000大比例尺地形图。
3.8划界
为了保证划界基准线满足划界成果精度需求，对于 1:2000 比例尺的划界地形图底图，按照20米至40米的间距采集基准线特征点，曲线段适当加密。根据湖北省相关规定，平原地区无堤防河道其护岸迎水侧顶部向陆域延伸一定距离为管理范围，因此将护岸迎水侧顶部做为划界基准线，局部划界成果图如图2所示。
图2 局部划界成果图如图2所示
4结束语
经验证，通过无人机航测技术得到的成果精度符合相关规范要求，为后续河湖和水利工程划界管理提供了准确的资料，改革了传统的测绘数据采集方法，大大减少了外业工作者的工作强度，不仅为河湖划界提供了一种行之有效的方法，也为地形图测量提供了一种便利。此外，通过无人机倾斜摄影测量得到的三维模型，可在很大程度上还原现场情况，为后续相关工作提供便利，例如：河道治理、河道规划、修建河堤等等，实现一次航测成果，多次利用。
参考文献：
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[3]曾晓春,吴明艳.河湖及水利工程划界确权中存在的问题与对策[J].农业科技与信息,2019(17):91-92.