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摘 要：从国内城市凌汛灾害不断加重的实际出发，按照当前凌汛防治环节模拟模型技术的发展状况，发现详细化、具象化城市凌汛环节的模拟是将来的发展方向。以无人机低空摄影测量技术为基础采集的数据可以提供高清晰度的地物数据，为城市凌汛环节的模拟提供全面的信息保障。过去采用的凌情密度侦测手段有着效率不高、侦测缺少全面性等不足，而无人机倾斜摄影测量技术能够便捷、高效、实时、完整地获取监测区域基础信息，并能高效建立三维模型。本文的研究阐述了借助无人机倾斜摄影测量技术获取重点监测区凌情三维模型及正射影像资料，借助软件以重点监测区域三维模型及正射影像图为基础分析河道流凌密度的大致分布状况，并测算出该河段流凌密度，为制定防汛决策提供技术支撑。
关键词： 流凌密度;无人机倾斜摄影测量技术;倾斜摄影三维模型
0引言
黄河宁蒙河段通常在每年的11月中下旬时期产生流凌，在流凌封河期间，河道中的冰花、冰渣以及碎冰块潜入水中，并集中于在盖面冰层之下，导致冰盖下过水断面变小或堵塞，易形成冰塞冰坝，造成水位急剧升高，形成突发灾害。开河期是宁蒙河段凌汛的关键期，易出现突发凌情，开河环节，如果硬度高且块大的冰棱在河道中遇到堵塞出现卡塞之后，从上游快速移动过来的流棱经过不断的堆积，短期就能够产生覆盖断面的导致河道阻塞的巨型冰堆、冰坝等，造成河道上游水位突增，引起堤坝决堤或者棱洪越过堤坝酿成洪灾。
根据过去的凌情分析，凌汛期宁蒙河段冰塞冰坝等突发凌情易出现在多弯或急弯河道，2008年3月20日，内蒙古独贵塔拉镇奎素段，由于开河期流冰在弯曲河道行洪不畅，形成冰塞，拉高水位造成两处大堤相继发生溃堤。对于这部分弯曲河道流棱状况的侦测是个难题，因为与堤坝相隔较远，人工巡查过程中即使利用望远镜也无法对河道内的流棱状况作出清晰观测。传统的凌情观测工作量大、效率不高，近年发展成熟的无人机倾斜摄影测量技术可以快速、高效、实时、完整地获取监测区域的基础信息，并能高效建立三维模型，因其数据采集具备成本低、高速灵活、高效可靠、无需人工驾驶、能够在特定的局域性突发情况下展开作业、重建的三维模型现势性好等特点和优势，在植被监测、交通监控、城市规划等领域中取得到广泛应用。
1 流凌密度监测技术路线
目前，无论是用于军方还是民间的各型无人机都处于快速发展阶段，无人机的种类及型号在不断推陈出新之中。另外，与无人机相配套的机载照相机、摄像机、激光成像、倾斜摄影测量设备等各类装置的研制也在同期进行，这为无人机凌情应急侦测提供了物质基础。
（1） 利用无人机在宁蒙河段，对重点河段的凌情实时监测。利用大疆旋翼型无人机现场采集凌情数据，飞行高度不超过200 m。飞行区域按照日常凌情监测工作的需要选取3个重点片区。
（2） 利用三维建模软件对影像数据进行处理，采集凌情三维模型及正射影像。
（3）在区域三维模型及正射影像图的基础上分析河道流凌密度的大致分布状况，提取流凌界限，从而形成流凌实时监测影像资料;针对监测过程及采集的资料，根据水文测验原理，建立河道流凌密度遥感图像解译算法，计算该河段流凌信息。
2 流凌密度监测项目执行情况
一般来说，航线应选择东西向或者南北向的直线飞行线路，考虑河段实际情况，本次侦测选择的是循河流方向飞行。与摄区边界线平行的首末航线通常设置于摄区边界线中或者边界外;如果旁向覆盖在摄区边界线外，通常应大于像幅的 30%，包装对目标摄区的完全覆盖。航高要按照山体高度进行确定，当山底距离山头高差较大时，半山腰起飞为最佳选择，并记录航飞基本状况。后期若出现照片质量差等情况，应针对不达标航拍照片（航摄漏洞）河段及时补飞拍摄，漏洞的补摄要根据之前设计的航线开展。本文的研究主要围绕流棱密度展开，考虑到宁蒙河段冰情监测的主要手段是视频监测，本次也通过视频手段采集河段的冰情视频，再从视频中根据时间间隔获得所需的河段影像。本次作业方案不仅能兼顾实时监控河段凌情的需要，还能快速获取构建三维模型所需的影像数据。
2.1 三维模型重建
借助 Smart3D 软件对收集到的信息展开三维建模。采用高精度、高技术含量、系统化的自动建模技术，构建被测区域的三维立体模型。这项技术中融合了摄影、空中精准定位以及以密集匹配为基础的自动建模技术。以2018年三盛公水利枢纽河段来阐述借助影像资料建立该河段三维模型的过程。
（1）影像预处理。
摄影完成后，对获取的视频资料进行质量检测，从视频资料中提取影像资料，对影像资料进行统一编号。
（2）空中三角运算。
首先在软件上导入被测区域的影像数据，人工设定控制点的总数;其次借助光束法整合区域网整体平差，一张图片所形成的一束光线就相当于一个平差单元，以平差单元的基础方程作为中心投影的共线方程，通过所有光线束在空间的旋转、平移，达到模型间公共光线最佳结合;最后根据明确的特征点预测未知的特征点，而且可以自动抽取任意特征点。
（3）建立三维模型。
根据空三构建的影像间的关联形成 TIN，再基于 TIN 建立白模，将纹理映射至对称的白模中，从而建立真切的三维模型。一般情况下，分块越大，需要的计算时间则越长。相同大小的模型块，密集匹配计算时间长短也会有所差别，原因是地物的种类和数量不同，导致点云的密集程度差别很大，相应的计算时间长短差别较大。一般情况下，点云越密集，计算时间则越长。3D Modeling factory 快速建模技术，促使模型建立效率提升、精度高，可以全面反映地物的详细状况。
3 流凌密度计算
（1）流凌边界提取。
将处理的正射影像图导入山维EPS，对该区域流凌边界和河段岸边边界线进行矢量化，计算河段流凌面积及河段面积。
（2）流凌密度计算。
流凌面积与河段面积比即为流凌密度，一般以百分比表示。根据上述结果可以计算出该河段流凌密度约为80%。
为了有效监测分析流凌密度，当前在凌情监测中已经采用了遥感影像分析，利用图元解译法分析凌情密度。直接利用遥感影像进行图元分析，从而计算该河段的凌情密度，通过计算机自动识别无疑更为快捷方便。
（3）流凌量化分析。
利用建立的数据模型，可以方便地测量河段流凌以及形成的冰坝长度、高度和宽度。麻黄沟河段形成较大的流冰，容易形成冰坝。为此选取麻黄沟河段进行流凌量化分析。
经过对麻黄沟河段三维模型分析，该冰块长宽高比为0.43∶0.06∶0.33，体积较大，容易堵塞河道，形成冰坝。
4 结论
利用无人机倾斜摄影测量技术进行凌情密度监测，可以快速、高效、实时、完整地获取监测区域基础信息，并能高效建立现势性强的三维模型及正射影像，每个点都有精确的坐标和高程，能够还原河道的真实面貌，可以方便地测量河段流凌以及形成的冰坝长度、高度和宽度。将处理的三维模型及正射影像导入山维EPS，通过软件可快速、高效地計算出监测区域的凌情密度，与传统的凌情密度监测方法对比，具有工作效率高和直观性、实时性强等优点，尤其适用于艰险地段及重点时期凌情密度监测中。
参考文献
[1] 袁秀忠，王平娃，孙莲莲，等.黄河宁蒙河段凌情无人机监测应用研究[J].河南科技，2017，11（1）：103-104.
[2] 袁秀忠，秦晓东，孔德志，等.倾斜摄影测量技术在潼关水文站三维模型建设中的应用研究[J].中国管理信息化，2017，21（10）：173-174.
关键词： 流凌密度;无人机倾斜摄影测量技术;倾斜摄影三维模型
0引言
黄河宁蒙河段通常在每年的11月中下旬时期产生流凌，在流凌封河期间，河道中的冰花、冰渣以及碎冰块潜入水中，并集中于在盖面冰层之下，导致冰盖下过水断面变小或堵塞，易形成冰塞冰坝，造成水位急剧升高，形成突发灾害。开河期是宁蒙河段凌汛的关键期，易出现突发凌情，开河环节，如果硬度高且块大的冰棱在河道中遇到堵塞出现卡塞之后，从上游快速移动过来的流棱经过不断的堆积，短期就能够产生覆盖断面的导致河道阻塞的巨型冰堆、冰坝等，造成河道上游水位突增，引起堤坝决堤或者棱洪越过堤坝酿成洪灾。
根据过去的凌情分析，凌汛期宁蒙河段冰塞冰坝等突发凌情易出现在多弯或急弯河道，2008年3月20日，内蒙古独贵塔拉镇奎素段，由于开河期流冰在弯曲河道行洪不畅，形成冰塞，拉高水位造成两处大堤相继发生溃堤。对于这部分弯曲河道流棱状况的侦测是个难题，因为与堤坝相隔较远，人工巡查过程中即使利用望远镜也无法对河道内的流棱状况作出清晰观测。传统的凌情观测工作量大、效率不高，近年发展成熟的无人机倾斜摄影测量技术可以快速、高效、实时、完整地获取监测区域的基础信息，并能高效建立三维模型，因其数据采集具备成本低、高速灵活、高效可靠、无需人工驾驶、能够在特定的局域性突发情况下展开作业、重建的三维模型现势性好等特点和优势，在植被监测、交通监控、城市规划等领域中取得到广泛应用。
1 流凌密度监测技术路线
目前，无论是用于军方还是民间的各型无人机都处于快速发展阶段，无人机的种类及型号在不断推陈出新之中。另外，与无人机相配套的机载照相机、摄像机、激光成像、倾斜摄影测量设备等各类装置的研制也在同期进行，这为无人机凌情应急侦测提供了物质基础。
（1） 利用无人机在宁蒙河段，对重点河段的凌情实时监测。利用大疆旋翼型无人机现场采集凌情数据，飞行高度不超过200 m。飞行区域按照日常凌情监测工作的需要选取3个重点片区。
（2） 利用三维建模软件对影像数据进行处理，采集凌情三维模型及正射影像。
（3）在区域三维模型及正射影像图的基础上分析河道流凌密度的大致分布状况，提取流凌界限，从而形成流凌实时监测影像资料;针对监测过程及采集的资料，根据水文测验原理，建立河道流凌密度遥感图像解译算法，计算该河段流凌信息。
2 流凌密度监测项目执行情况
一般来说，航线应选择东西向或者南北向的直线飞行线路，考虑河段实际情况，本次侦测选择的是循河流方向飞行。与摄区边界线平行的首末航线通常设置于摄区边界线中或者边界外;如果旁向覆盖在摄区边界线外，通常应大于像幅的 30%，包装对目标摄区的完全覆盖。航高要按照山体高度进行确定，当山底距离山头高差较大时，半山腰起飞为最佳选择，并记录航飞基本状况。后期若出现照片质量差等情况，应针对不达标航拍照片（航摄漏洞）河段及时补飞拍摄，漏洞的补摄要根据之前设计的航线开展。本文的研究主要围绕流棱密度展开，考虑到宁蒙河段冰情监测的主要手段是视频监测，本次也通过视频手段采集河段的冰情视频，再从视频中根据时间间隔获得所需的河段影像。本次作业方案不仅能兼顾实时监控河段凌情的需要，还能快速获取构建三维模型所需的影像数据。
2.1 三维模型重建
借助 Smart3D 软件对收集到的信息展开三维建模。采用高精度、高技术含量、系统化的自动建模技术，构建被测区域的三维立体模型。这项技术中融合了摄影、空中精准定位以及以密集匹配为基础的自动建模技术。以2018年三盛公水利枢纽河段来阐述借助影像资料建立该河段三维模型的过程。
（1）影像预处理。
摄影完成后，对获取的视频资料进行质量检测，从视频资料中提取影像资料，对影像资料进行统一编号。
（2）空中三角运算。
首先在软件上导入被测区域的影像数据，人工设定控制点的总数;其次借助光束法整合区域网整体平差，一张图片所形成的一束光线就相当于一个平差单元，以平差单元的基础方程作为中心投影的共线方程，通过所有光线束在空间的旋转、平移，达到模型间公共光线最佳结合;最后根据明确的特征点预测未知的特征点，而且可以自动抽取任意特征点。
（3）建立三维模型。
根据空三构建的影像间的关联形成 TIN，再基于 TIN 建立白模，将纹理映射至对称的白模中，从而建立真切的三维模型。一般情况下，分块越大，需要的计算时间则越长。相同大小的模型块，密集匹配计算时间长短也会有所差别，原因是地物的种类和数量不同，导致点云的密集程度差别很大，相应的计算时间长短差别较大。一般情况下，点云越密集，计算时间则越长。3D Modeling factory 快速建模技术，促使模型建立效率提升、精度高，可以全面反映地物的详细状况。
3 流凌密度计算
（1）流凌边界提取。
将处理的正射影像图导入山维EPS，对该区域流凌边界和河段岸边边界线进行矢量化，计算河段流凌面积及河段面积。
（2）流凌密度计算。
流凌面积与河段面积比即为流凌密度，一般以百分比表示。根据上述结果可以计算出该河段流凌密度约为80%。
为了有效监测分析流凌密度，当前在凌情监测中已经采用了遥感影像分析，利用图元解译法分析凌情密度。直接利用遥感影像进行图元分析，从而计算该河段的凌情密度，通过计算机自动识别无疑更为快捷方便。
（3）流凌量化分析。
利用建立的数据模型，可以方便地测量河段流凌以及形成的冰坝长度、高度和宽度。麻黄沟河段形成较大的流冰，容易形成冰坝。为此选取麻黄沟河段进行流凌量化分析。
经过对麻黄沟河段三维模型分析，该冰块长宽高比为0.43∶0.06∶0.33，体积较大，容易堵塞河道，形成冰坝。
4 结论
利用无人机倾斜摄影测量技术进行凌情密度监测，可以快速、高效、实时、完整地获取监测区域基础信息，并能高效建立现势性强的三维模型及正射影像，每个点都有精确的坐标和高程，能够还原河道的真实面貌，可以方便地测量河段流凌以及形成的冰坝长度、高度和宽度。将处理的三维模型及正射影像导入山维EPS，通过软件可快速、高效地計算出监测区域的凌情密度，与传统的凌情密度监测方法对比，具有工作效率高和直观性、实时性强等优点，尤其适用于艰险地段及重点时期凌情密度监测中。
参考文献
[1] 袁秀忠，王平娃，孙莲莲，等.黄河宁蒙河段凌情无人机监测应用研究[J].河南科技，2017，11（1）：103-104.
[2] 袁秀忠，秦晓东，孔德志，等.倾斜摄影测量技术在潼关水文站三维模型建设中的应用研究[J].中国管理信息化，2017，21（10）：173-174.