无人机低空摄影测量技术在水利工程测量中的应用研究

关键词：无人机；低空摄影测量；水利工程测量；技术应用

引言

水利工程作为国家基础设施建设的重要组成部分，对于水资源的合理调配、防洪减灾以及农业灌溉等方面具有关键作用。而准确的测量工作是水利工程规划、设计、施工以及运行管理的重要基础。传统的水利工程测量方法，如全站仪测量、水准仪测量等，往往存在效率低、劳动强度大、受地形条件限制等缺点。无人机低空摄影测量技术凭借其机动性强、分辨率高、成本低等优势，为水利工程测量带来了新的解决方案。它能够快速获取高分辨率的影像数据，通过专业软件进行处理和分析，从而实现高精度的测量任务，在水利工程测量中展现出广阔的应用前景。

1 无人机低空摄影测量技术原理

无人机低空摄影测量技术主要基于摄影测量学原理，通过搭载在无人机上的航空摄影设备，从低空对地面目标进行摄影，获取具有一定重叠度的影像数据。这些影像数据记录了地面物体的几何信息和纹理信息。

无人机在飞行过程中，利用全球定位系统（GPS）和惯性测量单元（IMU）实时获取自身的位置和姿态信息。GPS 用于确定无人机的三维坐标，IMU 则用于测量无人机的姿态角（航向角、俯仰角和滚转角）。通过这些信息，可以精确确定每张影像在空间中的位置和姿态，为后续的影像处理和三维建模提供基础数据。

摄影测量的核心是通过对同一物体从不同角度拍摄的多张影像进行分析，利用同名像点的匹配关系，计算出物体的三维坐标。在无人机低空摄影测量中，通过对获取的大量重叠影像进行处理，利用数字摄影测量软件，采用特征提取、影像匹配、光束法平差等算法，建立地面物体的三维模型，进而获取所需的测量数据，如地形地貌、地物的空间位置和几何尺寸等。

2 无人机低空摄影测量技术在水利工程测量中的具体应用

2.1 地形测量

在水利工程规划与设计阶段，高精度的地形数据是确保工程合理布局的关键基础。无人机低空摄影测量技术通过搭载高分辨率相机或激光雷达（LiDAR），可快速完成大范围区域的地形数据采集，生成厘米级精度的数字高程模型（DEM）和数字正射影像图（DOM）。相较于传统全站仪或 RTK 测量，无人机能够覆盖复杂地形（如陡坡、密林等），并通过多视角影像拼接消除盲区。例如，在梯级水电站开发中，无人机可一次性获取全流域地形，辅助分析坝址地质稳定性、库区淹没范围及施工道路布设。此外，结合 GIS 空间分析功能，还能自动提取等高线、坡度坡向等参数，为工程设计提供多维数据支撑。

2.2 库容计算

水库库容的精准计算直接影响水资源调度与防洪效益评估。无人机技术通过周期性航测，可构建库区高精度三维地表模型，结合水位高程数据，采用三角网法或方格网法逐层计算不同水位下的库容曲线。具体流程包括：通过像控点校准生成真实坐标模型，划分水位高程面与地形模型的交线，再通过空间积分求得容积。例如，在汛期前，无人机可快速更新库区淤积后的地形，修正库容曲线，避免因泥沙沉积导致的蓄水能力误判。此外，该技术还能监测库区非法占用或植被变化，为生态管理提供依据，显著优于传统人工测深或卫星遥感的时效性与精度。

2.3 河道演变监测

河道的动态变化（如裁弯取直、深槽迁移）直接关系防洪安全与生态健康。无人机通过多期次航测，可建立河道数字表面模型（DSM）序列，结合水文数据定量分析冲淤量（如断面法或体积差值法）。典型应用包括：识别险工段（如堤脚冲刷、滩地坍塌）、跟踪河口三角洲演变，或评估生态修复工程效果（如丁坝群对水流的影响）。例如，在黄河下游，无人机每季度航测可发现局部河床年淤积厚度超 1 米，为清淤工程提供靶向定位。同时，通过正射影像可提取岸线变迁轨迹，结合水动力模型预测演变趋势，辅助制定护岸方案。

2.4 水利设施监测

水利基础设施（如土石坝、溢洪道）的长期安全监测需要高频率、高精度的表面数据。无人机通过倾斜摄影或热红外成像，可捕捉设施毫米级变形（通过点云对比分析）、渗漏点（温度异常）或混凝土剥落（纹理识别）。具体实施时，采用航线规划软件确保影像重叠率达 80% 以上，并通过 PPK/RTK 定位减少控制点依赖。例如，混凝土坝的裂缝监测中，无人机每周航拍可生成三维模型，通过 AI 算法自动标记裂缝扩展路径；在土坝巡检中，多光谱影像能识别植被异常（暗示渗流）。相比人工攀爬检测，无人机效率提升 5 倍以上，且能存档全生命周期数据，支持结构健康度评估与风险预警。

3 无人机低空摄影测量技术在水利工程测量中应用面临的挑战及应对策略

3.1 天气条件限制

天气条件对无人机低空摄影测量的影响较大。例如，在大雾、暴雨、强风等恶劣天气下，无人机无法正常飞行，或者获取的影像质量会受到严重影响。应对策略是在飞行前密切关注天气预报，选择合适的天气条件进行作业。如果遇到突发恶劣天气，应立即停止飞行，确保无人机和设备安全。对于因天气原因导致的数据缺失或质量不佳的情况，可以在天气好转后进行补测。

3.2 数据处理复杂

无人机低空摄影测量获取的数据量较大，数据处理过程涉及多种专业算法和软件，对操作人员的技术水平要求较高。此外，数据处理过程中可能会出现影像匹配错误、空三加密精度不达标等问题。为应对这些挑战，需要加强对操作人员的培训，提高其数据处理能力。同时，选择功能强大、稳定性好的专业数据处理软件，并严格按照软件的操作流程和规范进行数据处理。在数据处理过程中，要进行多次检查和验证，确保处理结果的准确性。

3.3 飞行安全风险

无人机在低空飞行过程中，存在与障碍物碰撞、信号干扰等飞行安全风险。为降低飞行安全风险，在飞行前应对测区进行详细的勘察，了解测区内的障碍物分布情况，合理规划飞行航线，避开高大建筑物、高压线等障碍物。同时，加强对无人机飞行控制系统和通讯系统的维护和检查，确保其性能良好。在飞行过程中，设置安全警戒区域，安排专人负责观察周围环境，及时发现并处理可能出现的安全问题。

结束语

无人机低空摄影测量技术凭借其独特的优势，在水利工程测量中具有广泛的应用前景。通过深入了解其技术原理、作业流程以及在水利工程各方面测量中的具体应用，能够充分发挥该技术的作用，为水利工程的规划、设计、施工和运行管理提供准确可靠的数据支持。尽管在应用过程中面临一些挑战，但通过采取合理的应对策略，可以有效克服这些困难，提升无人机低空摄影测量技术在水利工程测量中的应用水平。随着无人机技术和摄影测量技术的不断发展，相信无人机低空摄影测量技术将在水利工程领域发挥更加重要的作用，推动水利工程测量工作朝着高效、精准、智能化的方向发展。

参考文献

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