孫 雨，黃鵬嘉，楊健達

（1.中水珠江規(guī)劃勘測設計有限公司，510610，廣州；2.廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責任公司，537226，桂平）

大藤峽水利樞紐開發(fā)任務為防洪、航運、發(fā)電、補水壓咸、灌溉等綜合利用。 近年來低空遙感技術已成為獲取地理信息數(shù)據(jù)的重要手段。大藤峽工程建設者綜合利用多種類型無人機搭載不同傳感器進行航空攝影， 采集樞紐壩址重點施工區(qū)及庫區(qū)施工區(qū)域影像數(shù)據(jù)， 制作正射影像及三維實景模型， 為大藤峽水利樞紐設計、建設、運營提供全生命周期服務。

一、無人機航攝技術現(xiàn)狀

近年來隨著無人機軟硬件技術的迅猛發(fā)展， 無人機低空遙感技術已成為一種快速、 高效獲取地形信息的必備科技手段。 無人機低空遙感具有機動性強、成本低、精度高等特點，可快速獲取影像生產(chǎn)全景圖、正射影像、數(shù)字地表模型、數(shù)字線劃圖、三維實景模型等產(chǎn)品。 旋翼無人機平臺適用于機動性強、 面積小的航攝測區(qū)， 固定翼平臺適用于高飛場合高效獲取影像。 成果可用在工程設計、工程移民、施工進度安全與質(zhì)量管理、工程形象展示、BIM 系統(tǒng)構建、智慧大藤峽建設等方面，航攝成果具有直觀性強、現(xiàn)勢性強、精度高等特點， 各項航攝成果在大藤峽水利樞紐建設過程中融合綜合、比較分析， 助力大藤峽水利樞紐工程建設。

二、技術路線

根據(jù)航攝區(qū)域特點，將測區(qū)分為三種類型航攝區(qū)域，分別采用三種不同采集設備（見表1）。 一是壩址重點施工區(qū)域，施工強度大，構筑物建設形象變化快，監(jiān)測量測等需求對采集精度要求較高，通過采用大疆六旋翼無人機掛載傾斜攝影五鏡頭進行航攝采集，滿足高效高精度航攝建模需求；二是壩址區(qū)庫區(qū)淹沒、抬田工程、防護設施等大面積航攝區(qū)域，采用油動固定翼無人機進行航攝采集，搭載正射相機吊倉， 以高重疊度方式采集， 滿足高效大面積航攝采集需求；三是小于1 km2零星點狀區(qū)域， 如移民安置點、庫區(qū)零星泵站、零星護岸工程等， 該類小面積采用大疆精靈4pro 進行航攝采集處理，滿足分散作業(yè)和小面積航攝要求。

1.航攝采集

航攝采集六旋翼五鏡頭傾斜相機航向和旁向重疊度為75%， 相對航高120～200 m；大疆精靈4pro 因像幅小，正射和傾斜采集重疊度80%，相對航高120 m 以下；油動固定翼飛機航向重疊度75%， 旁向重疊度60%。

利用大疆精靈4Pro 進行無人機航攝視頻和360°全景圖采集生產(chǎn)，周期性航攝采集，視頻動態(tài)記錄樞紐區(qū)的不同時期的施工面貌，融入解說和字幕及設計方案，全方位動態(tài)展示工程現(xiàn)場。 360°全景圖進行定點周期性航攝，提供交互性較強的定點靜態(tài)展示， 客觀真實地展示施工現(xiàn)場全貌，讓工程參與各方和社會各界便捷了解施工現(xiàn)場。

2.像控布設

為更好地控制精度，采用飛行前布測像控方案。 因測區(qū)在飛行情況下難以找到地面固定點作為像控點，在飛行前布測像控對于提高成果精度尤為重要。 根據(jù)測區(qū)地形及測區(qū)條件，針對壩址區(qū)及庫區(qū)測區(qū)采用均勻布點，周邊加密布設方案，按相鄰點間距700m 內(nèi)進行點布設,滿足2 點/km2的技術要求。 重點施工區(qū)及零星測區(qū)采用均勻布點方案， 按相鄰點間距300 m 進行布設。

3.內(nèi)業(yè)處理技術路線

正射影像和三維點云生產(chǎn)，首先對采集的影像和像控進行預處理，將處理好的影像及外業(yè)像控點成果導入全數(shù)字攝影測量處理軟件pix4d 中進行像控刺點，通過采用空中三角測量，求得加密點的大地坐標和影像的外方位元素，之后可生成三維點云模型、正射影像及數(shù)字地表模型，生產(chǎn)三維實景模型。

三維實景模型生產(chǎn)：首先對采集的影像和像控進行預處理，像控密度對模型精度影響較大，高精度模型需要較密的像控密度，將處理好的影像及外業(yè)像控點成果導入三維建模Context Capture 軟件中進行空中三角測量，求得加密點的大地坐標和影像的外方位元素，之后可生成三維實景模型、正射影像及三維點云。

大藤峽水利樞紐涉水較多，水域范圍連接點少，在三維建模和正射生產(chǎn)過程中存在大量漏洞和變形，需將生產(chǎn)后的OBJ 模型導入修模軟件進行修整， 如水域壓平浮塊刪剪等，再將修整好的OBJ 模型導入ContextCapture 軟件進行重建可得到修飾后的實景模型和正射影像。

重點施工區(qū)高精度建模需基于較高密度的像控點， 但是施工區(qū)施工地表變化較快， 周期性飛行像控經(jīng)常被破壞， 在每次航攝前需確認更新像控點，以保證像控數(shù)量，提高精度。 重點施工區(qū)三維實景模型如圖1 所示。

圖1 重點施工區(qū)三維實景模型

三、成果精度

通過量測正射影像或模型上檢查點的三維坐標與外業(yè)實測值進行比對， 檢查正射影像和實景模型精度。 經(jīng)實際檢測，某期壩址區(qū)正射影像平面誤差為±0.14 m， 模型高程誤差為±0.08 m。 某期主要施工區(qū)傾斜攝影三維精模檢查點中平面誤差為±0.09 m，滿足使用要求；高程誤差0.05 m，滿足使用要求。 可以看出，主要施工區(qū)三維建模精度可滿足樞紐建設需求。

表1 無人機平臺及掛載的航攝儀

四、成果應用

1.設計階段

基于航攝影像的空三計算完成后，進行快速3D 數(shù)字測圖，也可基于三維實景模型進行裸眼3D 測圖，快速生成地形圖成果，獲取測區(qū)地形地貌，基于該成果完成副壩區(qū)部分地形的測量；基于三維點云模型及DSM 模型， 可直接在模型上進行斷面提取，整個庫區(qū)范圍基于模型進行庫容估算和洪水淹沒分析。

移民安置方面，在封庫令下達后及時獲取并生產(chǎn)正射影像及模型，作為搶建執(zhí)法留底證據(jù)。 在有歷史價值的拆遷搬遷地點采集影像和模型數(shù)據(jù)，作為歷史存檔，為樞紐博物館建設積累素材。 對移民安置村莊在拆除建設前后分別進行飛行航攝， 用以比較拆遷群眾拆建前后的變化， 也為拆遷群眾留下拆遷前的寶貴記憶資料。

水土保持監(jiān)測方面， 利用無人機低空遙感技術并結合傳統(tǒng)定位觀測手段,能夠精細化、定量化完成土地利用類型、 擾動范圍及流失量、棄渣場挖填方量、水土流失隱患及危害和水土保持措施等監(jiān)測工作。 通過高分辨率正射影像可以清晰辨識工程擾動面的現(xiàn)狀及變化情況，詳細監(jiān)測水土流失和植被覆蓋情況。

2.建設階段

（1）施工組織管理

制作高分辨率壩址區(qū)正射影像圖，生產(chǎn)正射影像掛圖，方便全面施工組織管理，為壩址選址、施工布置、料場選擇等提供實時素材。 高分辨率正射影像可詳細監(jiān)控各個施工面變化，各期資料為不同時點對比分析提供有效參考。

（2）工程進度管理

三維模型具有精確的地理尺度及定位信息， 可精確量測各點高程及坐標， 方便各方測量各點坐標信息， 掌握不同時點水工建筑物的高度尺度等， 量出構筑物如大壩填筑高度， 方便分析監(jiān)控施工進度落實情況。

（3）工程安全管理

航攝成果助力施工現(xiàn)場場地管理， 施工場地在材料設施堆放、廢物廢渣清理、臨時建筑物布設等方面，通過無人機航攝視頻或全景圖周期性飛行可清晰看到場地堆放情況， 及時掌握施工場地現(xiàn)場狀態(tài)，節(jié)約人工巡視時間及成本。 施工現(xiàn)場的危險源也可通過無人機視頻和影像進行巡視檢查，如對深溝、邊坡、臨水邊圍欄或警示牌，以及孔、井口等標志設置情況進行快速巡查，通過無人機影像或視頻定期監(jiān)控危險源的分布與防范措施落實情況。

（4）土方平衡計算

針對料場渣場周期性航攝獲得的點云模型和三維實景模型， 實時計算場地方量變化。 對不同期數(shù)據(jù)分析比較得出方量變化， 高效準確地掌握現(xiàn)場填挖方情況， 比傳統(tǒng)人工測量提高效率三倍以上， 節(jié)約人力物力。 對于大壩的填筑方量也可在三維實景模型上精確量測， 因航攝三維點云模型的點密度可達到厘米級別， 相對于人工RTK 測量其測得方量精確度更高。

（5）工程形象展示

通過全景圖，交互式展示施工現(xiàn)場狀況， 清晰形象展示施工形象進度，為工程宣傳和文明工地建設提供展示窗口。 航攝視頻可作為工程宣傳素材，提升工程影響力。

3.管理系統(tǒng)支持

基于三維實景模型作為大藤峽水利樞紐BIM 系統(tǒng)構建的原始地形， 與設計模型相結合構建大藤峽BIM 系統(tǒng)。三維實景模型及高分辨率正射影像也可作為智慧工地地理信息數(shù)據(jù)基礎，并在不同時點及時進行更新。

五、結 語

在大藤峽水利樞紐工程航攝項目中，通過采用電動四旋翼、油動無人機單鏡頭高重疊率航攝、五鏡頭傾斜攝影聯(lián)合作業(yè)模式，實現(xiàn)了庫區(qū)和壩址施工區(qū)域正射攝影和實景模型的高效生產(chǎn)，實現(xiàn)了不同航攝儀采集數(shù)據(jù)無縫融合的技術流程。 獲取得到360°全景圖、正射影像、三維實景模型等成果。 航攝成果表明：無人機航攝成果能夠滿足工程設計、 庫區(qū)移民、施工進度安全與質(zhì)量管理、BIM 系統(tǒng)構建、智慧大藤峽建設等方面工程需要。