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

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昀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昀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量中出现的地形特征点渊昀深点和昀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昀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昀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