电站实物指标调查中无人机倾斜摄影测量技术的应用

马力鹤 朱彦博2 山 岚

(1.甘肃交通职业技术学院，甘肃 兰州 730070； 2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065)

在水利水电工程建设中，实物指标调查是一项十分重要的基础性工作，它主要是通过查明征地范围内的各种涉及对象的数量和质量，为论证工程规模、优化设计方案、研究工程建设对地区经济的影响、编制移民安置规划、确定征地移民补偿投资以及移民安置实施等提供重要依据[1]。

实物指标主要包括建设征地处理范围内的人口、土地、林木、建筑物、构筑物、其他附着物、矿产资源、文物古迹、具有社会人文性和民族习俗性的建筑和场所等的数量、质量、权属和其他属性等指标[2]。实物指标的数量直接决定了移民补偿资金的多少，实物指标调查工作与移民的个人利益，库区的社会稳定，以及水利水电工程建设成效都息息相关。因此，做好实物指标调查工作是水电站建设顺利进行的基础保障[3]。

实物指标调查工作具有数据量大、种类繁多、环节复杂、受地形和政策影响大等特点。传统的实物指标调查主要通过技术人员逐项调查、记录，由于调查项目多、区域广、组织协调复杂，导致调查工作成本高，周期长，数据时效性差。数据追溯性差，无法直观展示实物指标的数量与分布，群众认可度低。

青海省黄丰水电站移民工作中，应用无人机倾斜摄影与三维建模技术进行实物指标调查，提高了实物指标调查的速度，解决了调查工作耗时长、难度大、数据处理困难的问题，同时，数据调用与展示更加快捷。三维建模技术形象直观地反映了实物指标的分布与数量，可直观地了解现场调查数据和安置点的情况，为后续工作的顺利开展奠定了基础，降低了工作难度，加快了工作进度。

1 无人机倾斜摄影测量与三维建模技术

1.1 无人机倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术是测绘领域的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜共五个方位采集影像(见图1)，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。倾斜摄影测量具有反映地物周边真实情况、可实现单张影像量测、能采集建筑物侧面纹理、数据量小易于网络发布等特点[4]。

图1 倾斜摄影测量技术

作为摄影测量手段，无人机以其经济、快速、便携的特征远远超越了传统卫星遥感技术，利用无人机作为航空摄影平台可以快速高效地获取高质量、高分辨率的影像。目前，无人机倾斜摄影测量技术已经成为航空摄影测量的关键手段，被广泛应用于公路、交通、环保、水利、电力等诸多行业。

1.2 三维建模技术

黄丰水电站实物指标调查工作中，采用Smart3D软件进行三维建模。Smart3D具有快速、简单、全自动、模型效果逼真、支持多种三维数据格式和多种数据源等特点，能够处理手机、单反相机、激光雷达等多种数据源的数据。Smart3D软件实现了摄影测量、3D扫描、CAD建模技术的融合使用。

2 黄丰水电站实物指标调查工作

2.1 黄丰水电站概况

黄丰水电站位于青海省境内的黄河干流上，是黄河上游龙青段流域规划梯级电站中的第十个梯级。电站建设征地涉及到青海省海东地区循化撒拉族自治县和化隆回族自治县2个县的3个乡(镇)13个行政村[5]。建设征地范围内主要实物指标为：征地总面积7.50km2(陆地面积5.41km2),征收耕地2511.96亩、园地2111.71亩、林地2278.64亩；淹没搬迁人口2326人，各类房屋面积9.32万m2；等级公路4.20km，10kV输电线路3.40km，电信线路34.10km；提灌站1505kW(10座)；文物古迹2处。枢纽工程建设区临时征用园地75.15亩[5]。

2.2 实物指标调查工作中无人机倾斜摄影与三维建模的技术流程

黄丰水电站实物指标调查工作中，无人机倾斜摄影与三维建模技术流程包括倾斜影像采集、影像预处理、空三加密等环节(图2)。

图2 技术流程

2.2.1 无人机倾斜摄影数据采集

黄丰水电站摄影测量采用大疆-御Mavic2无人机。该款无人机自带飞行控制平台，2000万像素相机，镜头焦距28mm，影像分辨率4K。配置有GPS和GLONASS定位系统，起飞重量907g，移动设备采用DJIGO4App。图3为DJIGO4App设置界面。

野外拍摄地点选取黄丰水电站移民规划区内需调查的尕张村，尕张村有耕地、民居、林地等典型实物指标。

飞行前，将设备调试至最佳状态。按规划航线进行航空摄影。无人机飞行高度设置为60m，相机倾斜角度设置为65°～70°，旁向重叠度为60%，航向重叠度为80%。图4为尕张村的部分影像。

图3 DJIGO4App设置界面

图4 尕张村部分影像

2.2.2 影像预处理

影像采集结束后，需要对获取的航摄影像和测量数据进行预处理，包括剔除不合格影像，按照规定的格式进行数据转换、去除不完整数据等，以确保建模数据完整和像片格式正确，提高空三计算速度及精度。预处理结束后，将数据导入Smart3D软件进行相应建模处理。

2.2.3 空中三角测量与密集点云

空中三角测量是指在立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点高程和平面位置的测量方法。其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制点[6]。

将预处理后的数据导入Smart3D软件进行空三加密，软件自动匹配生成密集点云。空三加密过程与点云数据见图5，生成的密集点云效果见图6，密集点云数据与原始照片的对应关系见图7。

图5 空三加密与生成点云过程

图6 生成的密集点云

图7 生成的密集点云数据与原始照片的对应关系

2.2.4 输出模型

生成密集点云后，经纹理贴合，Smart3D自动生成三维模型。对三维模型中的几何缺陷，通过纹理映射进行修复后，输出了高质量的三维模型，更加接近指标的实际分布情况(图8为尕张村正射影像图，图9为输出的尕张村三维模型)。

图8 尕张村正射影像图

图9 尕张村三维模型

3 三维模型的效果与应用

无人机倾斜摄影与三维建模技术解决了传统调查方法的时间局限性，缩短了外业调查的周期。利用倾斜摄影，获取的多角度、全方位的影像资料，全面地反映实物指标调查的进度，极大地提高了移民实物指标调查外业工作的效率[7]。

通过拉伸、旋转，多角度查看三维模型，未出现变形、模糊等现象。与实际地物相对比，三维模型与实际情况高度相似，能够清晰、准确地反映实物指标的真实分布情况。

黄丰水电站实物指标调查工作中，广泛应用了无人机测量与三维建模技术。与传统调查方法相比较，无人机摄影测量技术克服了地形、人为因素带来的不便，降低了内外业工作量，提高了实物指标调查工作的速度。三维建模从宏观角度展示了调查区域内的民居、耕地、农作物的分布状况等，为后期移民安置与赔偿提供了可靠的数据，缩短了实物指标调查的周期，提高了数据可追溯性，当地群众认可度高。

4 结 论

传统的实物指标调查方法由于周期长，变数多，调查结果容易产生争议和反复，降低了调查工作的效率和调查数据的可靠性，进而直接影响水电站建设的进度。

黄丰水电站移民工作中，采用无人机摄影测量与三维建模技术，进行实物指标调查工作已初显成效。这一技术的应用对今后水电站移民调查工作有着深远的影响和重要的意义。

三维模型与实地相符，这一结果证明了无人机摄影测量与三维建模技术在实物指标调查工作中的可行性与有效性；无人机具有影像分辨率高、数据获取灵活等优点，无人机摄影测量在水电站实物指标调查工作中有很大的发展空间；黄丰水电站实物指标调查工作中无人机倾斜摄影测量与三维建模技术的应用实践表明，这一技术提高了调查速度，保证了数据可靠性，提高了调查成果的认可度，为下步确定移民规划方案提供了真实有力的依据。