無人機傾斜攝影測量技術(shù)在航道測繪中的應(yīng)用

我國長江干線航道的尺度逐漸提高，航道數(shù)字建設(shè)和長江電子航道推廣運用也在不斷建設(shè)，航道測繪所花工作量也在逐年攀升，對干線航道的應(yīng)急測量、快速測量和航道監(jiān)測工作質(zhì)量加以重視更為緊要。然而沿用傳統(tǒng)的測量技術(shù)進行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和測繪工作已無法滿足當前航道測繪工作發(fā)展的需求，應(yīng)重視優(yōu)化引進先進的測量設(shè)備與技術(shù)以改善工作效率不佳的情況。無人機測量系統(tǒng)是將無人機低空測量技術(shù)運用到測量系統(tǒng)中，將其結(jié)合形成新型的測量平臺，有效提高航道測量的科技水平和工作效率，也能讓工作人員的工作量有所減少，使航道測量有科技支撐。

一、無人機測量系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

無人機是通過無線遙控設(shè)備和機器所在程序進行不載人飛機的控制，包括無人飛艇、多旋翼飛行器、無人直升機、固定翼機、無人傘翼機等。在20世紀20年代出現(xiàn)了最早的無人機，當時無人機被用于靶機訓練，在軍事中得以使用，直到后來才轉(zhuǎn)回民間使用。20世紀90年代起，發(fā)達國家才逐漸認識到無人機的發(fā)展空間和重要性，開始重視對無人機的研制，這讓無人機的發(fā)展得到前所未有的進步。

我國無人機航攝遙感系統(tǒng)的研發(fā)工作是從20世紀末開始的，在結(jié)合國外先進技術(shù)的同時，不斷進行技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，使我國無人機測量系統(tǒng)能適應(yīng)復(fù)雜多變的天氣和崎嶇的地形，并準確獲得相應(yīng)地理信息數(shù)據(jù)，這讓傳統(tǒng)航空攝影測量手段中的缺陷得到彌補。當前，無人機激光雷達系統(tǒng)與無人機傾斜攝影系統(tǒng)是最重要的2個無人機發(fā)展方向。

無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)

無人機傾斜攝影技術(shù)是近幾年才逐漸興起的一項新興技術(shù)，它利用多臺傳感器通過相同的飛行平臺作為搭載，并對某一特定物體進行傾斜和垂直等不同角度進行影像采集，進而獲得非常準確的物體信息。這種無人機傾斜攝影具有3個主要的特點：該傾斜攝影能修正正射影像的缺陷，讓攝影實物被如實反映出來，使實物更貼切于真實情況；它可在已有的成果影像基礎(chǔ)上進行坡度、高度、角度與長度的測量，使得傾斜攝影技術(shù)被其他行業(yè)所重視與應(yīng)用；將航空攝影大規(guī)模沖突的特征與傾斜攝影批量提取紋理的方式結(jié)合建模，能有效節(jié)省建模成本，使建模效率大大提升。

無人機激光雷達系統(tǒng)

無人機激光雷達系統(tǒng)主要有高分辨率數(shù)碼照相機、GPS定位裝置、激光測高儀和IMU等構(gòu)成，它能完成對所測物體的同步測量，測量過程中獲得的數(shù)據(jù)在相應(yīng)方程式的處理下生成高密度的三維激光電源數(shù)據(jù)，直接給用戶提供所需地形的準確數(shù)據(jù)，通過無人機激光雷達系統(tǒng)的測量可以使地面控制點的選取大大減少，最終測量精度也變高。無人機激光雷達系統(tǒng)比傳統(tǒng)攝像更高效，且所花成本更低，因此也極受重視。

二、航道測繪中運用無人機測量系統(tǒng)

的討論

航道測繪的特征

航道測繪工作是航道養(yǎng)護工作的基礎(chǔ)，也是進行航道規(guī)劃航道管理、航道建設(shè)、航道養(yǎng)護、航道施工等多項工作的重要保障，通過航道測繪能完成流速、流向的觀測工作、水深測量工作、路與地形測量工作和建筑物觀測工作，類似橋梁、岸線、洲灘、碼頭、植被、整治建筑物、過江電纜等都利用傳統(tǒng)的RTK作為測量工具，利用全站儀作為觀測工具，這種傳統(tǒng)的測量觀測成本較高且達不到良好的工作效果，最終得到的產(chǎn)品精度也偏低，再加上水岸交界處通常為陡岸、陡坎等，測量人員進行建筑觀測時無法到達對應(yīng)的準確地點，工作效率偏低，且給工作人員的人身安全帶來一定風險。就長江沿線來講，許多碼頭的航標會由水位變化而發(fā)生一定程度的變化。此外，電子航道的優(yōu)化更新與航道應(yīng)急測量工作的需求表明，當前航道測繪急需快速測量，且需要有優(yōu)秀的技術(shù)與裝備進行保障。

無人機測量系統(tǒng)的運用

就長江沿岸來講，長江所跨區(qū)域大，且呈帶狀分布，形狀呈狹長形，長江沿岸所用的無人機測量測圖比例在1:5000～1:10000，由于測繪圖的比例尺偏小，可利用固定翼無人機對其進行測量。

運用于植被復(fù)雜地區(qū)的測量。當前，使用的無人機激光雷達系統(tǒng)多數(shù)都能對同一脈沖的多次反射進行記錄，激光束可能被打到樹葉與樹干上，或是打到樹冠的頂端部分，還可能打到地面被照回。如此就會得到一組多次返回的三維坐標點，且出現(xiàn)分層，這讓測量植被復(fù)雜地區(qū)的地形數(shù)據(jù)更為準確，有效彌補RTK測量中存在數(shù)據(jù)信號差的問題。

運用于碼頭等臨河設(shè)施的測量。長江所流經(jīng)的省市較多，因此在長江沿線的碼頭數(shù)量也非常多，許多浮式碼頭常常會由于水位的變化而發(fā)生改變，根據(jù)傳統(tǒng)的測量手段進行碼頭等臨河設(shè)施測量工作往往需要長達幾年的時間才能進行一次更新，且測量信息只能對當時測量的位置作出反應(yīng)，沒有良好的實效性。而當前用無人機進行測繪能對碼頭的數(shù)據(jù)信息快速獲取，進而給航道管理部門的資源保護提供更為準確的信息數(shù)據(jù)。

運用于岸線、洲灘的測量。通過無人機進行航道測繪能有效提高工作效率，使長江沿岸的岸線和洲灘的測量精度得到大大提升，這對真實反映洲灘與岸線的變化情況有明顯幫助。利用傳統(tǒng)測量比如全站儀測量和RTK測量來測量陡岸、陡坎會具有一定難度，而利用無人機進行測量則能對這些難以通過人工采集信息的地方做到精確的數(shù)據(jù)獲取。另外，無人機測量還能獲得大量的信息數(shù)據(jù)，這對于對比特征點數(shù)據(jù)來講更具科學性和規(guī)范性。可是，在利用無人機進行航拍時要重視設(shè)置均勻的布控點，保障布控點設(shè)置具有明顯的參照物和特征，且確保航線與相片的重疊度保持在一定范圍內(nèi)。

運用于水深測量中。無人機激光雷達系統(tǒng)可通過發(fā)射規(guī)定長度的波長進行水深測量，當前已將無人機激光雷達系統(tǒng)運用到海洋測量中，由于長江流域中含有較多的懸浮雜質(zhì)，因此在長江流域運用無人機激光雷達系統(tǒng)的效果還沒有非常明顯。

運用于架空電纜、橋梁的測量。架空電纜和橋梁這部分建筑會受到外界溫度變化和重力的影響而發(fā)生最低點變化與形變，通過無人機激光雷達系統(tǒng)對電纜和橋梁的位置變化情況進行測量，從而獲得更精確的數(shù)據(jù)，在無人機定期測量下監(jiān)測架空電纜與橋梁最低點和形變的變化情況。

運用于地質(zhì)災(zāi)害、船舶流量的測量。通過無人機進行測量能夠獲得大規(guī)模的成像且非常迅速，因此可將無人機測量系統(tǒng)運用到船舶流量監(jiān)測與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域，實現(xiàn)對航道中非法采沙行為的監(jiān)測，尤其是該系統(tǒng)增加激光雷達后就不再受時間的限制，能獲取任何時段的數(shù)據(jù)信息。

運用于航道整治建筑物的觀測。許多航道整治建筑物會在枯水期露出水面，此時可利用無人機監(jiān)測系統(tǒng)對航道整治建筑物進行數(shù)據(jù)收集，完成大規(guī)模成像和點位坐標定位，完成檢測工作，對航道整治建筑物的變化情況和損毀情況進行統(tǒng)計，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)作出分析，然后將分析數(shù)據(jù)報給相關(guān)修復(fù)部門，從而完成對航道整治建筑及時開展修復(fù)工作。

運用于大比例測圖中。目前的無人機攝影測量系統(tǒng)最大能夠完成1:500的大比例測圖工作，且無人機測量系統(tǒng)的大比例操作工作所需工期較短，花費成本較少，獲得數(shù)據(jù)精度高，能有效減少工作人員外出工作的工作量，使整體工作效率得到大幅提高。此外，無人機激光雷達系統(tǒng)還能通過雷達得到無數(shù)的數(shù)據(jù)點云，進而完成大比例尺測圖的測繪工作，讓圖像精度大大提升。

重點技術(shù)難題。無人機測量系統(tǒng)在工作過程中明顯受到續(xù)航時間的限制，尤其是在進行大范圍觀測時會嚴重受到續(xù)航時間的制約。由于續(xù)航時間不足會導(dǎo)致無人機無法安全返航，因此在進行測繪觀測時所花費的時間比較短。此外，無人機外出工作時的安全性能有待提升，從而確保無人機安全返航的概率大大提高，尤其是遭受雷暴、大雨、大風等惡劣天氣時，更需要保障無人機外出工作能安全返回。

三、結(jié)語

我國無人機測量技術(shù)的創(chuàng)新研究日益發(fā)展且趨于成熟，將無人機從技術(shù)運用導(dǎo)航到測量中有助于航道測量工作精確性的提高，但在無人機測量系統(tǒng)進行測繪時，需要保障無人機的可靠性，從而使航道養(yǎng)護管理工作得到進一步提升，減少工作人員的工作量，給測繪應(yīng)急服務(wù)提供保障，提高航道公共服務(wù)的質(zhì)量與水平，為我國長江沿岸經(jīng)濟建設(shè)和綜合立體交通建設(shè)提供強有力的支持。