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1、基于水下地形测量技术和 无人机航摄技术的水库库容测量方法 苏建国 员袁周兴华圆袁猿袁段文义圆 袁 猿 渊 员 援 长诏水库管理局袁浙江 摇新昌 摇 猿员圆缘园园曰 圆 援浙江省河海测绘院袁浙江 摇 杭州 摇猿员园园园愿曰 猿 援浙江省水利防灾减灾重点实验室袁 浙江 摇杭州 摇猿员园园圆园冤 摇 摇摘摇要院水库库容的大小决定着水库调节径流的能力和它所能提供的效益指标的大小遥而影响水库库容计 算精度的因素主要包括水库库容计算方法和库区的地形数据遥基于此 袁提出基于水下地形测量技术和无人机航 摄技术获取更准确的库区地形数据用于水库库容计算遥利用水下地形测量技术准确获取水库水下地形数据袁利 用无人机航
2、摄技术获取水库边界数据及岸上地形数据遥研究表明 袁这种方法在水库库容测量中实施简单有效袁 并能够准确获取影响库容计算的地形数据袁并已成功应用于新昌长诏水库库容测量中遥 关键词 院无人机航摄 曰水库库容 曰空三加密 曰立体测图 曰栽 陨 晕网 中图分类号 院栽灾苑猿员摇摇摇文献标识码 院粤摇摇摇文章编号 院 员园园愿鄄苑园员载渊圆园员缘冤园远鄄园园怨园鄄园源 阅韵 陨 院员园郾员猿远源员辕躁郾糟灶噪蚤郾猿猿 原员员远圆辕贼增郾圆园员缘郾园远郾园圆苑 栽澡藻 酝 藻葬泽怎则藻皂 藻灶贼酝 藻贼澡燥凿燥枣 砸 藻泽藻则增燥蚤则 悦 葬责葬糟蚤贼赠月葬泽藻凿燥灶 贼澡藻 哉 灶凿藻则憎葬贼藻则栽 藻则
3、则葬蚤灶 杂怎则增藻赠葬灶凿哉粤灾 粤 藻则蚤葬造孕澡燥贼燥早则葬责澡赠栽 藻糟澡灶燥造燥早赠 杂哉 允 蚤葬灶鄄早怎燥 员 袁在匀韵哉 载 蚤灶早鄄澡怎葬 圆 袁猿 袁阅哉粤晕 宰 藻灶鄄赠蚤 圆 袁猿 渊员 援 粤 凿皂蚤灶蚤泽贼则葬贼蚤燥灶燥枣贼澡藻悦澡葬灶早扎澡葬燥则藻泽藻则增燥蚤则袁载 蚤灶糟澡葬灶早猿员圆缘园园袁 在澡藻躁蚤葬灶早袁糟澡蚤灶葬曰 圆 援在澡藻允蚤葬灶早杂怎则增藻赠蚤灶早陨灶泽贼蚤贼怎贼藻 燥枣 耘 泽贼怎葬则赠葬灶凿悦燥泽葬贼袁匀 葬灶早扎澡燥怎猿员园园园愿袁在澡藻躁蚤葬灶早袁 糟澡蚤灶葬曰 猿 援在澡藻躁蚤葬灶早孕 则燥增蚤灶糟蚤葬造运 藻赠 蕴葬遭燥则葬贼燥则赠
4、燥枣 匀 赠凿则葬怎造蚤糟阅 蚤泽葬泽贼藻则孕 则藻增藻灶贼蚤燥灶葬灶凿酝 蚤贼蚤早葬贼蚤燥灶袁匀 葬灶早扎澡燥怎猿员园园圆园袁在澡藻躁蚤葬灶早袁 糟澡蚤灶葬冤 粤遭泽贼则葬糟贼 院栽澡藻糟葬责葬糟蚤贼赠燥枣葬则藻泽藻则增燥蚤则凿藻糟蚤凿藻泽蚤贼泽葬遭蚤造蚤贼赠贼燥 皂 燥灶蚤贼燥则蚤贼泽则怎灶燥枣枣葬灶凿贼澡藻遭藻灶藻枣蚤贼泽憎澡蚤糟澡贼澡藻则藻泽藻则增燥蚤则憎 蚤造造皂 葬噪藻援栽澡藻 枣葬糟贼燥则泽贼澡葬贼蚤灶枣造怎藻灶糟藻贼澡藻糟葬造糟怎造葬贼蚤燥灶燥枣贼澡藻糟葬责葬糟蚤贼赠燥枣葬 则藻泽藻则增燥蚤则皂 葬蚤灶造赠蚤灶糟造怎凿藻贼澡藻皂 藻贼澡燥凿泽燥枣糟葬造糟怎造葬贼蚤燥灶葬灶凿贼澡
5、藻贼藻则则葬蚤灶凿葬贼葬 葬遭燥怎贼 贼澡藻则藻泽藻则增燥蚤则援栽燥 遭藻贼贼藻则贼澡藻糟葬造糟怎造葬贼蚤燥灶燥枣贼澡藻糟葬责葬糟蚤贼赠枣燥则葬则藻泽藻则增燥蚤则袁贼澡蚤泽 葬则贼蚤糟造藻燥枣枣藻则泽葬皂 燥则藻葬糟糟怎则葬贼藻皂 藻葬泽怎则藻皂藻灶贼 皂 藻贼澡燥凿遭葬泽藻凿燥灶 怎灶凿藻则憎葬贼藻则贼燥责燥早则葬责澡蚤糟 泽怎则增藻赠葬灶凿哉粤灾 葬藻则蚤葬造责澡燥贼燥早则葬责澡赠援栽澡藻怎灶凿藻则憎葬贼藻则贼藻则则葬蚤灶凿葬贼葬憎 蚤造造遭藻 燥遭贼葬蚤灶藻凿遭赠 怎灶凿藻则憎葬贼藻则贼燥责燥早则葬责澡蚤糟泽怎则增藻赠贼藻糟澡灶燥造燥早赠葬泽 憎 藻造造葬泽 栽澡藻遭燥怎灶凿葬则赠凿葬贼
6、葬葬灶凿贼藻则则葬蚤灶凿葬贼葬燥枣则藻泽藻则增燥蚤则憎 蚤造造遭藻 葬糟择怎蚤则藻凿遭赠 哉粤灾 葬藻则蚤葬造 责澡燥贼燥早则葬责澡贼藻糟澡灶燥造燥早赠援陨贼蚤泽泽澡燥憎灶贼澡葬贼贼澡蚤泽 皂 藻贼澡燥凿憎葬泽泽蚤皂 责 造藻葬灶凿藻枣枣藻糟贼蚤增藻蚤灶贼澡藻蚤 皂 责 造藻皂藻灶贼葬贼蚤燥灶燥枣皂 藻葬泽怎则藻皂藻灶贼 燥枣葬 则藻泽藻则增燥蚤则爷 泽糟葬责葬糟蚤贼赠葬灶凿陨贼爷泽葬遭造藻贼燥葬糟糟怎则葬贼藻造赠燥遭贼葬蚤灶贼藻则则葬蚤灶凿葬贼葬憎澡蚤糟澡凿藻糟蚤凿藻泽贼澡藻糟葬责葬糟蚤贼赠糟葬造糟怎造葬贼蚤燥灶燥枣贼澡藻则藻泽藻则增燥蚤则援 栽澡藻皂 藻贼澡燥凿澡葬泽 遭藻藻灶泽怎糟糟藻泽
7、泽枣怎造造赠葬责责造蚤藻凿贼燥 载 蚤灶原糟澡葬灶早悦澡葬灶早原扎澡葬燥则藻泽藻则增燥蚤则糟葬责葬糟蚤贼赠皂 藻葬泽怎则藻皂藻灶贼 援 运藻赠憎 燥 则凿泽院哉粤灾 曰 则藻泽藻则增燥蚤则糟葬责葬糟蚤贼赠曰葬蚤则贼澡则藻藻藻灶糟则赠责贼蚤燥灶曰 泽贼藻则藻燥皂 葬责责蚤灶早曰栽 陨 晕灶藻贼 收稿日期 院圆园员缘鄄园苑鄄员员 基金项目 院浙江省科技计划项目渊圆园员源云员园园猿缘冤遥 作者简介 院 苏建国渊员怨远圆原冤袁 男袁工程师 袁 大学专科袁 主要 从事水利水电工程管理工作遥 员摇问题的提出 水库库容的大小决定着水库调节径流的能力和它所能 提供的效益指标的大小遥因此 袁确定水库特征水位及其
8、相 应库容是水利水电工程规划尧 设计的主要任务之一袁也是 水库管理人员比较关心的一项指标遥影响水库库容计算精 度的因素主要有水库库容计算方法和库区的地形数据遥传 统的库容计算方法主要是断面法袁其成果精度低袁数据更 新困难咱员暂 遥目前最常用的库容计算方法是基于三角网的库 容计算方法 袁该方法计算的思路主要是首先求出每个不规 则三角形所构成的体积袁再把区域内所有不规则三角形体 积累加 袁最后得出整个库区的体积 咱圆 原猿暂 遥库区的地形数据 主要包括水下地形数据和陆域地形数据遥水下地形数据主 要通过水下地形测量获取袁传统陆域地形测量主要通过人 窑园怨窑 第远期摇总第 圆园圆期 圆园员缘年员员 月
9、 浙 江 水 利 科 技 在澡藻躁蚤葬灶早匀 赠凿则燥贼藻糟澡灶蚤糟泽 晕 燥 援远 摇栽燥贼葬造晕 燥 援圆园圆 晕 燥增藻皂遭藻则圆园员缘 工实测获取 袁工作量大 遥而水库周围都以山区为主袁水库 边界附近都以陡坎为主袁不便人工实地测量袁也存在一定 的危险性 遥而水库边界点的坐标尧高程和岸上地形点的精 度对水库库容的计算影响也很大遥因此 袁本文提出基于水 下地形测量技术和无人机航摄技术的准确获取水库地形数 据的方法 袁用于水库库容计算遥 圆摇水下地形测量技术 圆郾员摇测点定位 水下地形测量主要包括测点定位和水深测量圆个关键 步骤 袁测点定位可以采用基于悦韵砸杂的网络 砸栽运 技术或者 基于
10、郧孕杂 的单基站 砸栽运 技术 遥采用基于 在 允悦韵砸杂的网络 砸栽运 技术时 袁直接获取 圆园园园国家大地坐标系坐标及正常高成 果袁同时为保证成果的质量袁利用高等级郧孕杂 控制点和水 准点进行验证 遥 采用基于 郧孕杂的单基站 砸栽运 技术时 袁利用测区已有的 平面和高程控制成果求得坐标系间的转换关系袁供测量定 位时坐标转换使用曰同时为保证成果的质量袁利用 砸栽运 技 术作业时需验证转换参数的正确性和可靠性袁需进行 砸栽运 成果与已知成果的比对遥 圆郾圆摇水深测量 水深测量主要选用测深仪进行遥外业工作开展前袁对 所有即将投入使用的测深仪进行一致性测试和稳定性测试袁 稳定性测试的方法是把测深
11、仪的换能器固定在一定水深位 置袁水深值不小于 缘皂袁按固定时间间隔采集水深数据袁连 续测量时间超过愿澡袁统计水深值的离散情况袁计算出误 差遥一致性测试是把多台测深仪放在同一水深的位置进行 测量 袁统计各台仪器测量结果的差值遥经一致性 尧稳定性 试验合格后的仪器才能投入使用遥在水深测量过程中还需 声速改正 尧吃水改正 尧动态吃水改正尧延时改正 尧静态水 深比测等 袁确保测深仪测深的正确性遥 测深作业时 袁将测深仪输出接口尧郧孕杂 定位输出接口 同时与计算机连接袁实现定位 尧测深同步 遥 水深测量内业处理时由作业人员对计算机采集的数据 记录进行卫星数尧卫星质量 尧测深数据等要素校核曰对水 下地形测
12、量中出现的地形特征点渊最深点和最浅点 冤 袁则根 据测深仪记录纸上的测深迹线按坐标进行内插遥 各测点的高程值则由实时水位减去测深仪所测得的水 深即 院测点高程 越测点水位 原测点水深 遥 猿摇无人机航摄技术 以非量测相机为传感器的无人机摄影测量系统袁具有 低成本 尧易推广 尧轻便灵活等优点袁正被迅速地应用于科 研和生产中咱源 原 缘暂 遥固定翼无人机因为覆盖范围较大袁可控 性能和效率相对较高袁一般用以完成较大面积区域的航空 影像获取 袁与机载辅助设备相结合袁可以满足较高精度的 测绘制图需求 遥 猿郾员摇无人机飞航摄系统 无人机低空航摄系统将无人机技术尧航空摄影技术尧 全球定位技术及通讯技术结合
13、起来袁以无人驾驶飞行器为 飞行平台 袁搭载高分辨率数字航摄仪袁获取低空高分辨率 影像数据 袁是近几年才发展起来的一种新型的低空高分辨 率影像数据快速获取系统遥无人机低空航摄系统一般由飞 行平台 尧动力系统 尧飞行控制系统尧数据通信系统及航摄 规划系统 尧影像数据处理软件系统等组成遥 本次研究的无人机飞行平台为阅酝原 员缘园型无人机搭载 悦葬灶燥灶耘韵 杂缘阅 酝粤砸运陨陨陨相机进行航摄数据采集遥阅酝原 员缘园型 无人机机身为航空木板材质袁轻巧易操作 袁载重大 尧速度 快尧航时长 尧航程远 袁抗风能力强袁实用升限高袁适用于 大区域影像采集遥但由于主要采用滑起滑降起降方式袁因 此对场地要求比较高遥
14、 猿郾圆摇航摄和数据处理 利用无人机航摄作业流程主要包括航摄设计尧航摄飞 行和影像处理 猿个步骤 袁为保证大风天气下不会出现航摄 漏洞 袁加大旁向重叠度袁同时在保证安全的前提下袁降低 航摄高度 袁提高地面分辨率遥作业前进行实地踏勘和场地 选择 袁了解测区地形尧道路 尧天气条件等情况袁选取合适 的起降场地 遥 影像处理主要包括像控测量尧畸变差校正尧空中三角 测量 尧影像匀光 尧单片纠正以及正射影像镶嵌与生成等内 容袁采用的软件为适普软件袁技术流程见图 员 遥 图员 摇无人机航摄技术流程图 摇 在空中三角测量中袁将影像数据导入阅孕郧则蚤凿软件中 袁 建立金字塔影像袁然后导入影像曝光点坐标数据尧数码
15、相 机参数和控制点成果袁通过自动匹配相关影像产生自动匹 配点 袁对点位不足区域袁人工添加加密点遥 建立立体像对袁 在立体模型下对初始阅耘酝 进行编辑 尧 修改 袁利用 阅耘酝 成果 袁在 韵 则贼澡燥酝 燥泽葬蚤糟软件完成影像匀光及 阅韵酝 的数据采集 袁最后使用 孕澡燥贼燥泽澡燥责软件对 阅韵酝 进行后期 调色处理 遥利用空三加密成果和航空影像恢复立体模型袁 窑员怨窑 摇苏建国 袁等院基于水下地形测量技术和无人机航摄技术的水库库容测量方法摇 检查视差 尧接边较差是否满足要求袁相邻模型间是否有绝 对漏洞 袁立体模型检查无误后袁采用 灾 蚤则贼怎燥在燥晕栽 全数字摄 影测量系统进行立体数据采集遥
16、 猿郾猿摇水位观测和水库边界处理 通过在无人机拍摄水库库区高清影像的同时袁观测水 库水位边界线 袁从而准确测定水库水位边界线高程遥水位 观测时采用每隔 员园 皂 蚤灶 观测 员次袁采用全站仪与水位站基 准点联测 袁计算得出水库水面高程渊员怨愿缘国家高程基准 冤遥 水位观测位置尽量接近摄影区域袁以便能更准确地反映水 位的真实变化情况遥水位观测记录时要清楚记录水位站地 理位置 尧观测时间 尧水位高程等信息 遥 水库边界处理主要通过无人机拍摄的正射影像处理后袁 获取水库水位边界线袁并结合水位观测的数据得到水位线 高程值 遥水位高程值的计算可采用单站改正和双站改正圆 种方法进行 遥单站改正法主要针对有
17、效控制范围内的水位 观测 袁采用线性插值方法对水位观测时间进行内插袁得到 水位瞬时高度 遥双站改正法是指当测区位于圆个水位观测 站之间 袁并且超出 圆站的有效控制范围时袁可通过两观测 站瞬时水位高度袁在其连线上根据距离加权的原理线性内 插出若干个区域的水位高程值 咱远暂 遥水位线高程误差主要由 水位观测误差和水位线平面误差组成袁这圆项误差能够在 项目实施过程中得到有效控制袁从而保证了水位线高程误 差精度 遥对于水位线以上高程数据袁由于目前无人机获取 的影像产生的高程数据不稳定袁因此采用郧孕杂砸栽运 补测 尧 全站仪补测法或相互组合进行袁以提高水库库容计算数据 的精度 遥 源摇 实 例 应 用要
18、以 新 昌 长 诏 水 库 库 容 测 量 为例 摇摇长诏水库位于曹娥江支流新昌江上袁坝址在长诏村上 游袁距新昌县城 员源 噪皂遥 到目前为止袁水库运行 猿园 余年 袁 水库库底地形 尧库容等都不可避免地发生了变化遥为了获 取比较准确的库容数据袁保证水库的正常运行袁采用水下 地下测量技术结合无人机航摄技术进行水库库容测量计算遥 本次水下地形测量采用断面法施测袁按垂直于深泓线 方向间隔每 源园 皂布置一条测量断面线遥在每个断面上间隔 员远 皂测量一个水深点袁最后形成分辨率为源园 皂伊员远 皂的测 量点位 袁水深测量测线布设见图圆渊员冤遥选用专业导航软 件袁设置好定位参数和记录参数袁使测深仪与计算
19、机处于 通讯连接 袁引导测船进入需要测量的断面位置袁按员远 皂的 测点间距进行测点定位和测深遥 水下地形测量数据处理时结合测深仪记录纸或测深仪 电子图像数据 袁对所有测线记录水深数据进行校对袁剔除 或修正水深粗差点遥同时为获取的地形特征点渊最深点和 最浅点冤袁则根据测深仪记录纸上的测深迹线按坐标进行内 插遥水下地形测量各测点的高程是由水位减去测深仪所测 得的水深求得 遥 无人机航线设计时根据库区最高海拔尧最低海拔 尧地 面分辨率 尧航向和旁向重叠度尧相机焦距等因素进行设计遥 无人机航线布设见图圆渊圆冤遥 本次航拍采用的相机为悦葬灶燥灶耘韵 杂缘阅 酝粤砸运陨陨陨袁焦距为 圆源郾远圆愿源缘 皂皂
20、袁 像素大小 远郾圆缘 怎遥航线间隔为圆源苑皂袁曝光 间隔 员园源皂遥共获取 员园园园余张高清影像 遥 渊员冤 水深测量测线布设图 摇 渊圆冤 无人机航线布设图 图圆摇测线布设图 摇 摇摇在像片上量测外业控制点后袁通过光束法平差后袁输 出空中三角测量成果袁并应用立体测图中遥本次像控点点 位平面 尧高程中误差均满足平面位置中误差不大于园郾猿圆 皂袁 高程中误差不大于园郾圆园 皂的规范要求 遥 立体测图中采用野 先内后外 冶 的作业方法 袁在 灾 蚤则贼怎燥在燥 晕栽 全数字摄影测量系统上建立立体模型袁在立体模型下对 水库水位线及以上可见地物和地貌部分进行采集袁并通过 外业核查调绘和补测袁确定地物
21、的性质结构及属性内容遥 最后经编辑和赋值得到成果遥对于水库水位边界线以上高 程数据的获取 袁则采用 郧孕杂砸栽运 补测尧 全站仪补测法或相 互组合进行 袁以提高水库库容计算数据的精度遥 水库水位边界线的确定主要通过以下步骤进行处理院 首先 袁利用空三加密成果和航空影像恢复立体模型袁采用 灾 蚤则贼怎燥在燥晕栽 全数字摄影测量系统进行水位边界线数据采集遥 然后将水位边界线数据与水位资料相结合袁计算瞬时 水位高程 袁实现水库水位边界线高程赋值见图猿渊员冤遥并通 过水位边界线进行内插袁用于构建 栽 陨 晕网袁计算水库库容袁 见图 猿渊圆冤遥 窑圆怨窑 摇苏建国 袁等院基于水下地形测量技术和无人机航摄
22、技术的水库库容测量方法摇 渊员冤 水库水位边界线处理图 渊圆冤 栽 陨 晕 网构建图 图猿 摇水库水位边界线处理和栽 陨 晕网构建图 摇 缘摇结摇 语 水库库容是某一水位以下或两水位之间的蓄水容积袁 是表征水库规模的主要指标遥 水库周围都以山区为主袁水 库边界线及岸上地形数据获取较为困难袁同时这部分数据 对水库库容的计算也尤为重要遥因此 袁本文提出结合水下 地形测量技术和无人机航摄技术获取水库水下尧水库边界 线及岸上数据的方法遥该方法能够在水库库容测量中快速尧 准确获取水库水下尧水库边界线高程数据遥但对于岸上高 程数据 袁由于目前无人机获取的影像生产的高程数据不稳 定袁还是以人工采集的方法进行
23、采集以提高水库库容计算 数据的精度 遥因此 袁下一步可以将如何提高基于无人机影 像获取的高程数据精度作为研究对象袁 以提高岸上高程数 据精度 袁提高水库库容测量效率遥 参考文献 院 咱员暂 杨中华 袁陈琳 援基于 郧 陨杂 的水库库容测量方法的研究与实践 咱允暂援测绘通报 袁 圆园园圆渊员员冤院圆愿 原猿园 援 咱圆暂 王丽华 袁施一民 袁王卫安 援水下地形分析中基于栽 陨 晕 的土方量 计算方法咱允暂援同济大学学报院自然科学版袁圆园园源渊圆冤院圆猿源原 圆猿远援 咱猿暂 魏娜 袁吴志斌 袁袁细保 援三角网在库容计算中的应用咱允暂援江 西测绘 袁圆园园愿渊员冤院缘园 原缘圆 援 咱源暂 吴云东
24、 袁张强袁王慧 袁等援无人直升机低空数字摄影与影像测 量技术 咱允暂援测绘科学技术学报袁圆园园苑袁 圆源 渊缘冤援 咱缘暂 张惠均 援无人机航测带状地形图的试验及分析咱允暂援测绘科 学袁圆园员猿渊缘冤院员园园原员园缘援 咱远暂 唐远彬 袁刘 文袁任少华 援基于无人机遥感技术的潮间带高程 测量方法咱允暂援国土资源遥感袁圆园员猿渊远冤院源圆 原源远 援 渊 责任编辑 摇郎忘忧冤 詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠詠 衷心的感谢 摇真诚的问候 圆园员缘年即将过去 袁 圆园员远年即将来临 遥叶 浙江水利科技 曳 在主管单位 尧主办单位和编辑委员
25、会的领导下圆满完成了圆园员缘 年远期的编辑出版工作遥为了保证和提高刊物的质量袁全体审稿专家给予了极大的支持和帮助袁他们认真审稿严格把关袁 每一篇论文都倾注了他们的心血遥为此 袁编辑部全体成员谨向以下审稿专家致以衷心的感谢和真诚的问候浴渊按审稿量从 大到小排序 冤 贾宏伟 尧余文公 尧苏摇飞尧潘海平 尧王士武 尧郑世宗 尧俞炯奇 尧严其芳 尧尤爱菊 尧宋立松 尧史英标 尧熊绍隆 尧周少杰 尧 郑敏生 尧史摇斌尧陈摇林尧章晓桦 尧楼峰青 尧孙从炎 尧史永忠 尧刘立军 尧包中进 尧陈摇武尧葛双成 尧张超杰 尧张锦娟 尧赵 聚国 尧杨火其 尧方沛南 尧胡明华 尧刘超英 尧陆芳春 尧邱志章 尧吴修广 尧徐海波 尧于世松 尧王丰平 尧沈摇燕尧倪勇强 尧高云 玲尧韩曾萃 尧黄君宝 尧陈振文 尧刘冬雪 尧赵渭军 尧周兴华 窑猿怨窑 摇苏建国 袁等院基于水下地形测量技术和无人机航摄技术的水库库容测量方法摇