无人机航测技术在水利信息采集中的应用
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摘 要：随着无人机技术的发展，无人机技术应用领域日益广泛，取得了良好的应用成果。在水利工程信息采集中，无人机航测技术具有成本低、效率高、操作安全等应用优势，有效改善了传统水利工程信息采集效率低下的问题，提高信息采集信息的准确性。本文介绍了无人机航测技术概念，分析了无人机航测在水利信息采集中的应用流程，以期促进无人机航测技术应用与推广，提高水利信息采集效率与质量要。
关键词：无人机 航测技术 水利工程 信息采集
中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）02（c）-0026-02
近年来，随着我国大力发展水利工程建设，尤其是针对抗旱性水利工程项目建设速度显著加快，而水利工程建设不可避免地涉及征地移民、淹没范围测量等问题，对水利信息采集精度、效率要求不断提高。然而，由于水利基础建设面临涉及范围广、信息采集量大等现实问题，依靠传统的人工测量难以满足现阶段工程建设需求。无人机技术的出现与发展，有效改善了水利信息采集的问题。无人机航测技术具有成本低、操作简单、安全性高等特點，在局部水利信息采集中具有显著应用优势。因此，深入研究无人机航测技术在水利信息采集中的应用具有重要的意义。
1 无人机航测技术概念
无人机航测技术是传统航拍航测手段的有效补充，主要由硬件和软件系统组成，硬件系统包括无人机挤在系统和地面监控系统。软件系统主要为航线设计、飞行控制、远程监控和航测数据预处理等。相较于传统航拍航测技术，无人机航测具有机动灵活、高校快速、精细准确、成本低、适用范围广等特点，尤其适用于小区域、飞行困难地区的信息采集。随着无人机与数码相机技术的融合，基于无人机平台的信息采集技术显示出独特的应用优势，使无人机航测成为航空遥感领域的重要发展方向，可广泛应用于重大项目建设、自然灾害应急与处理、国土监察和资源开发等，具有广阔的应用前景。
水利工程信息采集主要包括地形测量、纵横断面侧面、平面高程控制测量、定线放线测量等。在部分山区、云层覆盖广、地形复杂的水利工程区域，传统的卫星遥感技术、航空航测技术成本高、精度低，且存在一定的安全风险。无人机航测技术能够在云下作业，采集的信息质量较高，有效提高了平原、山区及云层较厚地区的水利信息采集效率。
2 无人机航测技术应用流程
在水利信息采集应用中，无人机航测技术分为航测作业和数据处理两个流程。
2.1 无人机航测作业流程
无人机航测作业主要包括像控点布设、航线规划和飞行作业3个环节。
（1）像控点布设。
在水利信息采集中，首先应布设像控点，合理设置信息采集区域，测图比例尺可设置为1：1000。针对单点无人机定位系统测量精度较低的问题，可优先选用差分定位测量，减少像控点布设数量，提高航测和数据处理效率。在像控点布设时，测量人员使用Google Earth确定水利信息采集范围，合理布设像控点，布设密度以300m左右布设一个为宜。针对地形复杂的区域，可适当增加像控点数量，提高无人机航测定位准确性。
（2）航线规划。
航线规划是基于无人机性能参数、摄像机参数、航空高度、航测比例尺、航测区域等基层信息设计的无人机飞行路线。在航线规划中，应遵循航向重叠度60%～70%、旁向重叠30%～50%的原则，并根据摄像机定焦镜头、固定快门时间和快门速度等，确定无人机航线、飞行速度及飞行方式。
（3）飞行作业。
在航线规划完成后，测量人员可根据气候、云层、可见度等情况，适时开展飞行作业。通常来说，无人机对起降点的要求较低，因此，可在相对平整、开阔的区域进行起降。同时，在无人机航测中，数据传输系统是对无人机进行操控、跟着定位、信息传输和获取机载信息的重要系统，其系统状态直接影响信息采集质量和无人机正常飞行，因此，操作人员应在飞行作业前，对无人机状态、数据传输系统进行检查，并进行试飞作业，确认无人机状态及信息传输系统正常后方可进行无人机飞行作业。当无人机飞行至指定高度后，操作人员可设置无人机进入自动巡航模式，由无人机按航线规划自动上升至航拍高度，并自动开展航拍作业。同时，在无人机航测过程中，操作人员应持续关注无人机飞行高度、飞行姿态、状态信息等参数，确保无人机运行正常。
2.2 无人机航测数据处理
航测任务结束后，测量人员应对已采集信息进行处理，处理流程包括：数据准备、数据解算两个阶段。
（1）数据准备。
无人机航测任务结束后，测量人员应及时对采集的信息进行处理，取出无人机机载设备内存卡，并导出无人机飞行记录数据文件。在飞行记录数据文件中，测量人员应注意位置及姿态信息，这些数据是判定、计算水利信息收集位置、旁向倾角和航向倾角的重要依据。将航测数据导出后，应对采集信息进行比对，并建立相应的航带影响缩略图，并通过人工方式对航测数据进行初步处理，及时发现并调整航带，直至航带信息完整、无误后方可存储备用。在整理航带的同时，测量人员还应准备相应的相机校检参数，将相机校检参数导入数据处理软件中，实现对采集信息的自动调整。此外，当像控点平面控制系统为独立坐标系时，测量人员应以1985年颁布的国家高程基准为依据，合理设置高程控制网。
（2）数据解算。
在无人机航测技术中，数据解算是信息采集的关键环节，数据解算准确性、质量直接影响航测工作质量，甚至对水利工程施工造成不可预估的影响。因此，在数据解算时，为了确保航测数据的准确性、有效性，测量技术人员应严格按照标准流程进行操作。首先，选择本地处理，并新建项目，将导出的信息导入到软件中，并进行相应的数据处理、修改图像坐标系等操作，使航测信息与位置信息进行匹配。再根据导出的相机校检参数对项目进行修改和调整，以完成数据处理过程;其次，打开数据处理软件控制点编辑器，选择相应的控制点坐标系和采集区域合适的坐标系，导入无人机航测布设的像控点，并通过平面编辑器对像控点进行标注;再次，在完成数据处理后，测量技术人员应对项目进行初始化处理，并在初始化处理基础上，通过调整像控点位置，实现航测信息的精细化处理，直至采集信息精度满足水利信息采集要求。
3 结语
与传统的旋翼机航测技术相比，无人机航测技术不受云层、地形等因素限制，操作简单、信息采集成本大幅降低，为水利工程勘测和建设提供了更加便利的施工条件，促进了水利工程项目的顺利实施。为了进一步提高水利信息采集效率，加快无人机航测技术在水里信息采集中的应用与推广，水利信息测量技术人员应深入研究无人机操控、数据处理相关技术，尤其是加强无人机航测相关参数方面的研究，积极学习和掌握该领域新技术、新设备应用方法，加快无人机航测技术引进和更新步伐，为水利信息采集奠定坚实的基础。
参考文献
[1] 温乃峰.低空复杂环境下小型无人机的在线航迹规划算法研究[D].哈尔滨工业大学，2016.
[2] 段镇.无人机飞行控制系统若干关键技术研究[D].中国科学院研究生院：长春光学精密机械与物理研究所，2014.
[3] 丁玲.全复合材料无人机机翼结构优化设计[D].中国科学院研究生院：长春光学精密机械与物理研究所，2014.
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