于洪濤

【摘要】本文通過對(duì)無人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行闡述，介紹了機(jī)載傾斜攝影和激光雷達(dá)兩大測(cè)量技術(shù)，探討了無人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)在航道測(cè)繪領(lǐng)域特別是岸線、洲灘地形、整治建筑物等觀測(cè)中的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；測(cè)量系統(tǒng)；航道測(cè)繪

引言

近年來，隨著長(zhǎng)江干線航道尺度不斷提升、長(zhǎng)江電子航道圖全面推廣應(yīng)用及數(shù)字航道加快建設(shè)，航道測(cè)繪的需求和工作量大幅增長(zhǎng)、要求不斷提高，快速測(cè)量、應(yīng)急測(cè)量及航道監(jiān)測(cè)的重要性日益突顯，而基于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)（全站儀觀測(cè)、RTK觀測(cè)等）的陸域測(cè)量、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查效率和效果上難以滿足航道測(cè)繪工作發(fā)展的需要，迫切需引入更加先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和設(shè)備以改善這種情況。隨著無人機(jī)技術(shù)和裝備的廣泛應(yīng)用，特別是低空測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)與測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)合形成新型的測(cè)量平臺(tái)，為提升航道測(cè)量科技水平、提高航道測(cè)量工作效率、降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度和測(cè)量快速反應(yīng)能力提供技術(shù)支撐。

1、無人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)

機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)（LIDAR）由激光測(cè)高儀、GPS定位裝置、IMU（慣性制導(dǎo)儀）和高分辨率數(shù)碼照相機(jī)組成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的同步測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)通過特定方程解算處理、生成高密度的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)值，為地形信息的提取提供精確的數(shù)據(jù)源，能夠大量減少甚至不需要地面控制點(diǎn)，可完成高精度成圖需求。激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的影像所不具備的優(yōu)勢(shì)，是對(duì)傳統(tǒng)方式的有效、必要、低成本的補(bǔ)充。

1.2無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)

無人機(jī)航空攝影近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)——傾斜攝影技術(shù)，即通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。該種傾斜影像具備以下特點(diǎn)：1）能極大的彌補(bǔ)基于正射影像的不足，更加真實(shí)反映地物的實(shí)際情況；2）可直接基于成果影像進(jìn)行包括高度、長(zhǎng)度、坡度、角度等的量測(cè)，擴(kuò)展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用；3）利用航空攝影大規(guī)模成圖生產(chǎn)的特點(diǎn)，加上從傾斜影像批量提取紋理及貼紋理的方式進(jìn)行建模，能有效提高建模效率、節(jié)約建模成本。

2、無人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)在航道測(cè)繪中的應(yīng)用探討

2.1岸線、洲灘測(cè)量中的應(yīng)用

無人機(jī)測(cè)量效率高，可以大幅度提高岸線、洲灘的測(cè)量頻次和精度，進(jìn)而能有效地反映岸線、洲灘變化情況。傳統(tǒng)測(cè)量（RTK測(cè)量、全站儀測(cè)量）對(duì)于陡坎、陡岸和水洼測(cè)量較為困難，而無人機(jī)測(cè)量可無視這些困難很好地獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。此外，無人機(jī)可以大規(guī)模、大面積獲取數(shù)據(jù)，對(duì)于特征點(diǎn)數(shù)據(jù)的提取更為科學(xué)和精確。但在使用無人機(jī)航攝時(shí)應(yīng)該注意像控點(diǎn)布設(shè)均勻，盡可能布設(shè)在有明顯特征和參照物的地點(diǎn)，航線應(yīng)該保證像片有一定的重疊度。

2.2碼頭等臨河設(shè)施測(cè)量中的應(yīng)用

長(zhǎng)江沿線的碼頭等臨河設(shè)施眾多，浮式碼頭等經(jīng)常會(huì)因水位變化，而限于以往測(cè)量手段有限，一般碼頭可能是幾年才更新一次，且只能反映測(cè)時(shí)位置，現(xiàn)勢(shì)性較差。而無人機(jī)測(cè)繪可快速獲得碼頭的準(zhǔn)確位置，為航道管理部門保護(hù)航道資源提供更為實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。

2.3橋梁、架空電纜等觀測(cè)中的應(yīng)用

橋梁、架空電纜由于受重力、氣溫等的影響，極易產(chǎn)生形變、最低點(diǎn)變化的情況，采用無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)可以更便捷、快速地獲取高精度數(shù)據(jù)，通過定期觀測(cè)，可監(jiān)測(cè)其形變、最低點(diǎn)變化情況。

2.4植被復(fù)雜地區(qū)測(cè)量中的應(yīng)用很多LIDAR系統(tǒng)（激光雷達(dá)系統(tǒng)）能記錄同一脈沖的多次反射，激光束可能先打在樹冠的頂端，其中一部繼續(xù)向下打在更多的樹葉或枝干上，有些甚至打在地面上被返回，這樣就會(huì)一組多次返回的三維坐標(biāo)的點(diǎn)記錄，并分層表示，這樣可更為準(zhǔn)確的獲取植被、地形數(shù)據(jù)，從而解決RTK測(cè)量在樹林中信號(hào)差的情況。

2.5大比例測(cè)圖中的應(yīng)用

無人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)目前可滿足1：500的大比例測(cè)圖需要，成本低、工期短、精度高，能夠大幅度減少外業(yè)工作量，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，縮短工期；而無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)可獲得大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)云，可生成大比例尺測(cè)圖，成圖精度高、效訓(xùn)練場(chǎng)高。

2.6關(guān)鍵的技術(shù)難題

無人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)續(xù)航時(shí)間制約著大范圍的觀測(cè)，由于續(xù)航時(shí)間還需保證無人機(jī)安全返航，所以觀測(cè)的時(shí)間相對(duì)較短。同時(shí)，無人機(jī)的安全性仍需進(jìn)一步提高，以保障無人機(jī)能安全返航，特別是遇到大風(fēng)、雷暴等天氣，需確保無人機(jī)的飛行安全。

2.7船舶流量、地質(zhì)災(zāi)害等監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

由于無人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)可大規(guī)模、快速成像，可廣泛應(yīng)用于船舶流量監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，還可以用于“非法采砂”等破壞航道行為的監(jiān)測(cè)，特別是搭載激光雷達(dá)后可無視時(shí)間的限制，能有效地獲取信息。

2.8航道整治建筑物觀測(cè)中的應(yīng)用

在枯水期部分航道整治建筑物露出水面時(shí)，可利用無人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)大規(guī)模成像和獲取精確點(diǎn)位坐標(biāo)的特點(diǎn)，對(duì)航道整治建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)損毀和變化情況，也可與汛后的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析整治建筑物的損毀、形變過程，以便相關(guān)部門進(jìn)行修復(fù)工作。

2.9水深測(cè)量中的應(yīng)用

無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)通過發(fā)射特定的波長(zhǎng)，可應(yīng)用在水深測(cè)量中，目前已在海洋測(cè)量中有所使用，在長(zhǎng)江懸浮質(zhì)比較多的環(huán)境下，目前還難以取得較好的效果。

結(jié)語

隨著無人機(jī)測(cè)量技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和日趨成熟，無人機(jī)將在航道測(cè)量中發(fā)揮重要的作用，無人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)將進(jìn)一步提高測(cè)繪成果現(xiàn)勢(shì)性和可靠性，進(jìn)一步提升航道養(yǎng)護(hù)管理效能，進(jìn)一步降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步增強(qiáng)測(cè)繪應(yīng)急服務(wù)保障能力，促進(jìn)航道公共服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平進(jìn)一步提高，為加快推進(jìn)長(zhǎng)江綜合立體交通走廊建設(shè)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)提供有力支撐。

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