无人机摄影测量在水文站断面测量中的应用

矫丽娜

摘要：倾斜摄影数据模型重建特点倾斜摄影数据模型重建是将正射和斜射照片进行影像拼接处理的全过程。处理过程主要概括为3步。第一步：影像重叠度、像片倾角和旋角、像点位移纠正。第二步：联合平差，对相片进行空中三角测量。第三步：重建多维融合模型包括DOM、DSM、DEM、数字点云等数据模型。本文对无人机摄影测量在水文站断面测量中的应用进行分析，以供参考。

关键词：无人机摄影测量;水文站;断面测量

引言

改进水资源监测系统是实施最严格的水资源管理系统的主要保障措施之一。水资源分配、水权分配以及监测和管理工作对水文和水资源监测提出了更高的要求。该段具有以下特点：1）具有明显的山区河流特征;2）段位于水库末端，河道深，水位变化很大;3）该段由易受湍流影响的新储层的回流支撑，段内不同位置存在水流模式差异很大的现象;4）干旱时流速小，横截面大，导致横截面速度很低。洪水和断面的特点决定了建设比普通河流更难的自动监测系统的复杂性。

1自动监测系统功能与特性

水文站利用各种监测设备和软件系统建立了自动监测系统，主要可发挥以下功能：1） 24小时连续在线监测降水、单位流量、水位和沉积物含量，并通过定期自报或呼叫收集信息。监视频率和工作模式可以在本地设置，也可以按时间段或时间模式设置。2）实时采集断面流速和水位数据，在实时采集流速、水位和水位面积关系的基础上，采用流速面法分析计算断面水流。3）收集到的降水、水位、速度、流量和沉积物含量等信息可通过无线网络传输到太湖办事处的数据中心。4）具有比较测试数据的后置处理功能，可以存储1a以上的监控数据，可以实现本地和远程数据下载、设备故障自动报警和异常等。5）相应的参数配置可根据水位和流速的变化而变化[7-9]。该自动监测系统主要具有以下特点：（1）降水、水位、流量和沉积量自动监测系统，由雨量计、浮水水位仪、气泡水位仪、水平ADCP、垂直ADCP、沉积测量仪和工业计算机服务器组成，具有结构简单、性能可靠、维护方便等特点。2）良好的兼容性和可扩展性。3）采用各种技术手段，如水平和垂直ADC、缆车雷达波测速仪和导航ADC来监测流量，确保流量监测的准确性。

2水文站在线监测

2.1水位

水文站采用雷达水位仪，可利用GPRS進行信号传输实现遥感和传输，安装方便，受水面漂浮物体影响较小。浮水水位仪和气泡水位也是黄河上游最常用的自动水位采集仪器。水位指示器通常是通过能够有效降低水面影响的自密井安装的。但是，水位自密井容易受到沉积层的影响，需要定期梳理和封存。气泡水位指标可以实现冰河期和平稳流动期水位的自动观测，解决高寒地水位观测问题。

2.2泥沙

沉积物监测是水文站常规监测中最复杂、最复杂的元素。传统的测试方法耗时费力，是水文现代化的瓶颈。随着新技术的不断改进，经过调查，HSW。介绍了水文站的槽-1同位素测定仪，并进行了对比试验，取得了良好的对比效果，实现了沉积物浓度在线实时监测。

2.3水面蒸发

水文站采用全自动水蒸发观测装置，自动充水、排水、采集蒸发管（E-601型）中的水面高度，能够实现水蒸发的日常计算、水蒸发的自动观测和传输，目前已获批准并投入运行，这使得非天气水蒸发的自动观测更加准确，显示了蒸发变化过程，对水蒸发的研究具有重要意义。对于北方地区来说，冬天有冻胀现象，但自动蒸发设备不能使用，这需要进一步的研究和解决。

2.4测站视频监控

车站建成了视频监控系统，可以根据需要实现远程传输。不仅可以改善水文站测试设施和设备的安全管理，还可以远程观测水位，为通过视频观测水位创造条件。今后，根据开展勘测工作的需要，可以在勘测处建设视频监控中心，实时监测试验的剖面图像，指导洪水或特殊水情期间的现场试验，提高勘测预报工作效率。

3航测作业

3.1像控点测量

在空旷地带像控点测量采用南方银河1PLUSGPS，房屋及树木密集地带采用全站仪。区域内所有像控点均为平高点，采用实时动态差分定位（RTK）技术进行像控点测量，每个像控点观测2次，每次采集30个历元，采样时间间隔1s。2次观测成果在野外现场比对，平面位置较差<5cm，高程较差<5cm，所有观测成果均满足要求。像控点的平面中误差符合1∶2000正射影像成图精度要求，最大误差<2倍中误差。

3.2数字正射影像制作

介绍空三结果，创建检验区域文件，然后恢复模型。定义工作空间，生成环形图像，并将环形图像进行匹配，以形成匹配的点和相同的视差曲线。应尽可能靠近控制点连接线来确定工作区域。对于高度差异较大的区域，图像对之间没有裂缝。检查匹配结果，并根据需要进行交互式编辑以生成单个DEM模型。根据单模型DEM和照片的参数，采用差分校正方法对图像进行校正和重新采样，生成单模型DOM。mapmatrix single mode DOM生产过程：创建立体图像对→表极重采样→图像匹配→ Singlemode-DEM→数字差分校正→单芯片DOM→图像拼接→完整DOM卡。检查并调整相邻影片之间的色调或颜色差异。调整后，将执行图像拼接，接合整个DOM，并修复边缘连接区域中模糊和缺失的图像。

4河道断面测量

（1）21个水文站断面及周边断面数据采集及数据处理，由于无人机摄影测量受天气的影响较大，外业在选择天气良好，能见度高的天气进行无人机航拍，外业历时5d，同时并行进行内业数据处理6d，前后共花费11d。通过对水文站采用无人机航空摄影测量，可以大大缩短测量时间，节约大量的人力、物力。（2）对水文站进行数字正射影像、空中三角测量数据成果绘制水文站及周边情况分布图，对获得的数据成果采用有关标准规范进行质量验证。结果表明，采用数字正射影像、空中三角测量技术能够很好的满足测量要求。（3）在测区范围内均匀选取不同地形地貌条件下的明显地物特征点，分别实测其实地坐标和量算DOM影像图图解坐标，根据两者差值计算平面中误差，评价结果：该项目DOM影像图数学精度满足规范要求。

结束语

水文站组合采用多套流量测量仪和软件系统，构建了该站自动监测系统，能够实现降水、水位、流量和沉积量的自动采集、传输、计算、处理和存储功能，特别是在线监测不同水位和水文条件下的流量，为山区河流段自动监测系统的建设提供参考。

参考文献

[1]袁正学.无人机空三摄影测量土石方量研究[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2018，31（S2）：293-295.

[2]孙运彬，李志刚.无人机、倾斜摄影在公路测量中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2018（09）：194-196.

[3]高尚.基于无人机的小流域地形提取技术[D].华北水利水电大学，2017.