无人机航测技术在水利工程测绘中的运用探讨

引言：

水利工程在国家基础设施建设里占据核心地位，其规划、施工以及运维过程都需要高精度地理空间数据给予支持，传统的测绘手段会受到地形复杂程度、气候状况以及人工效率等因素的限制，无法契合现代水利工程对于数据时效性、全面性以及动态性的要求，无人机航测技术依靠其灵活的部署方式、多传感器集成以及实时数据处理能力，慢慢成为水利工程测绘的关键工具。

一、无人机航测技术特点

（一）高分辨率与精细化监测能力

无人机航测技术有一项核心优势，即它可获取厘米级到亚米级的高分辨率影像数据，借助搭载高精度光学相机、多光谱传感器或者激光雷达，无人机可以达成对地表目标的精细化观测，在地质灾害监测当中，激光雷达技术可生成毫米级精度的三维地形模型，迅速识别山体滑坡、裂缝等微小的形变，为灾害预警提供关键的依据。而且无人机航测技术可突破传统卫星或有人机航拍的限制，在如山区、森林等复杂地形区域实现低空飞行，获取更贴近地表的细节信息，契合对小范围区域的高精度监测要求[1]。

（二）灵活部署与快速响应能力

无人机航测技术具有高度机动性以及快速响应能力，无人机不需要专用跑道，可在复杂地形条件下实现垂直起降，甚至可以借助车载、手持等多种方式迅速部署到任务区域，比如在地震、洪涝等灾害发生之后，无人机可在数小时内到达受灾现场，凭借实时传输高分辨率影像数据，为救援指挥工作提供灾情评估、道路通行性分析以及生命迹象探测等关键信息。这种快速响应能力在传统监测手段难以覆盖的场景当中显得格外关键，而且无人机可依据任务需求灵活调整飞行航线、高度以及拍摄角度，达成多视角、多时相的数据采集[2]。

二、无人机航测技术在水利工程测绘中的运用

（一）高精度数据采集

无人机航测的核心价值在于快速获取高分辨率地理空间数据，而数据精度直接决定了测绘成果的可靠性。在水利工程测绘中，需通过多传感器协同与飞行参数优化实现高精度数据采集。水利工程测绘大多时候会涉及到地形测绘、水域边界划定以及工程设施检测等多种场景，这就需要综合搭载激光雷达、多光谱相机、高精度 GPS 定位系统以及惯性测量单元，比如说，激光雷达可穿透植被获取地表真实的高程数据，解决传统摄影测量里因植被遮挡而造成的精度损失问题，多光谱相机则可以借助光谱分析来识别水体污染区域或者渗漏点，以此为水质监测提供数据方面的支持。无人机飞行高度、航向重叠率以及旁向重叠率都是影响数据质量的关键因素，在复杂地形区域需要降低飞行高度来提高影像分辨率，同时要把航向重叠率提升到 80% 以上、旁向重叠率提升到60% 以上，这样可提高三维重建的冗余度，另外采用仿地飞行模式可避免因地势起伏致使的影像畸变，提高数据精度。地面控制点的布设是保障数据绝对精度的关键环节，在水利工程测绘中，需要在测区范围内均匀地布设高精度 GCP，并且依靠 RTK 技术获取其厘米级坐标，实验显示，每平方千米布设 5 至 8 个 GCP 可让无人机航测数据的平面精度达到 ±2cm 、高程精度达到 ±5cm ，契合水利工程规划、设计以及施工的精度要求[3]。

（二）三维建模与可视化分析

水利工程测绘成果需直观反映地形地貌、工程结构及水文特征，为决策提供可视化支持。无人机航测技术通过三维建模与可视化分析，可将原始数据转化为具有交互功能的数字孪生模型，显著提升决策效率。在三维建模领域，基于多视角影像的三维重建技术属于主流方案，借助无人机采集倾斜影像，算法可自动提取特征点并生成密集点云，构建出高精度三维模型，比如在大坝安全监测工作中，三维模型可以清晰展示坝体表面裂缝、渗漏点以及结构变形情况，结合历史数据进行对比可实现病害的早期预警。另外结合激光雷达点云数据可生成数字高程模型和数字表面模型，精确模拟水流路径、淹没范围以及库容变化，为防洪调度提供科学依据[4]。

借助GIS 平台将三维模型和工程属性数据进行集成，可达成“空间-属性”的双向查询，比如在渠道测绘工作里，管理人员点击模型的任意一处位置，就能获取该段渠道的断面尺寸、流量参数以及维修记录，以此辅助制定维护方案，虚拟现实与提高现实技术的引入会拓展应用场景，像借助 AR 眼镜把设计图纸和实景模型叠加起来，可直观地对比施工偏差，优化现场管理流程。

（三）动态监测与应急响应

水利工程运行环境复杂，需持续监测坝体沉降、河道变迁及水质变化等动态指标。无人机航测技术通过定期巡检与实时数据传输，可构建覆盖全生命周期的动态监测网络，提升工程安全性与应急响应能力。对于周期性监测而言，无人机可依照预先设定的航线自动开展巡检工作，借助差分定位技术获取毫米级别的形变数据，举例来说，在土石坝监测当中，每月进行一次的无人机航测可捕捉到坝体的微小沉降，像是单次沉降量达到或超过 5mm 的情况，再结合时间序列分析就可对潜在风险作出预测。热红外相机可以检测坝体表面的温度异常，可识别渗漏通道，弥补传统人工巡检存在的盲区。

在应急响应场景当中，无人机所有的快速部署能力显得格外关键，当遭遇洪水、溃坝这类突发事件的时候，无人机可在 1 小时之内抵达现场，借助实时视频传输以及三维建模来快速评估灾情的范围、受灾人口数量以及道路损毁状况，为救援资源的调配给予决策方面的支持，就好比在2021 年河南暴雨期间，无人机航测技术凭借生成淹没区三维模型，帮助救援队伍精确确定被困群众的位置，使得救援效率得到了很大程度的提高。

无人机和物联网技术融合能达成“空 - 地 - 水”一体化监测，像在水库水质监测里，无人机可以搭载水质传感器来采集水体样本，并且借助 LoRa 无线通信把数据传至地面基站，和水下机器人的监测数据相互补充，以此构建全方位水质评价体系。

结束语：

无人机航测技术通过突破传统测绘的空间与时间限制，显著提升了水利工程测绘的精度、效率与智能化水平。其高精度数据采集能力为工程设计提供可靠基础，三维建模与可视化分析实现了从数据到决策的快速转化，动态监测与应急响应机制则强化了工程全生命周期的安全管控。未来，随着人工智能算法与 5G 通信技术的深度融合，无人机航测将向自动化、实时化方向演进，进一步推动水利工程测绘向“空天地海”一体化监测体系升级，为水利行业高质量发展注入新动能。

参考文献：

[1] 廖敏花 . 无人机航测技术在水利工程测量中的应用 [J]. 大众标准化 , 2024, (20): 139-141.

[2] 王振宇 . 以无人机航测及水下地形测绘技术为主的水利工程DEM 构建研究 [J]. 科技与创新 , 2023, (22): 113-115.

[3] 张艳婷 . 无人机航测技术在水利工程河道泥沙沉积量监测中的应用 [J]. 水利技术监督 , 2023, (08): 31-35+99.

[4] 朱葳蕤 . 无人机航测技术在水利工程确权划界中的应用 [J].科技资讯 , 2023, 21 (10): 109-112.