馮章云

摘 要：本文結合灘涂地形測量的特點，在對無人機激光測量技術系統(tǒng)的組成與工作原理分析基礎上，結合工程實例，對無人機激光測量技術在灘涂地形測量中的應用進行研究。

關鍵詞：無人機激光測量技術；灘涂地區(qū)；地形測量；應用 ；研究

灘涂地形測量作為海洋測繪的一部分，它與一般的地形測量存在較大的區(qū)別，由于其特殊的地理位置與巖土結構特征，實際工作開展中采用人工測量技術不僅所耗費的時間與精力較大，并且測量結果準確性也容易受到影響，是海洋測繪工作開展的難點問題之一。針對這一情況，隨著無人機激光測量技術的研究突出，采用無人機激光測量技術進行灘涂地形測量分析，以確保灘涂地形測量數(shù)據(jù)結果的準確性，控制其測量成本，從而有效彌補和控制傳統(tǒng)測量技術進行灘涂地形測量的不足，具有十分積極的作用和意義。下文將通過對無人機激光測量技術在灘涂地形測量中的應用進行研究，以供參考。

1、無人機激光測量技術及其系統(tǒng)結構與原理分析

1.1 無人機激光測量系統(tǒng)及其組成分析

無人機激光測量技術作為一種新的測量技術，是以無人機作為載體，對激光探測以及高精度GPS定位、計算機技術、慣性導航系統(tǒng)等結合運用，進行無人機激光測量系統(tǒng)平臺構建，以用于有關測量實踐。無人機激光測量系統(tǒng)是由空中飛行與地面控制、測量作業(yè)等不同結構單元構成，系統(tǒng)中還包含有相應的數(shù)據(jù)采集處理軟件和硬件設備等，以對其在地形測量中的工作應用進行支持。如下圖1所示，即為無人機激光測量系統(tǒng)的基本組成情況示意圖。

根據(jù)上圖可以看出，無人機激光測量系統(tǒng)中，其空中飛行單元多以直升機作為基本的飛行平臺；地面控制單元一般是由包含數(shù)據(jù)傳輸電臺以及運行控制軟件的外業(yè)測量工作站構成；而測量作業(yè)單元則包含機載RTK GPS以及機載激光測距傳感器、地面RTK GPS基準站、數(shù)據(jù)采集存儲子系統(tǒng)等結構部分。此外，無人機激光測量系統(tǒng)中，各傳感器的數(shù)據(jù)測量精度標準相對較高，以機載RTK GPS的水平定位精度為例，其定位精度一般在（20+2×10-6×D）mm，其中，D表示測量點與基站之間的距離；而水平定位傳感器的采樣頻率則為5Hz。

1.2 無人機激光測量系統(tǒng)的工作原理

無人機激光測量系統(tǒng)中設置有相應的單束窄帶激光器與相應的接收系統(tǒng)，其測量工作中，通過激光器進行一束離散的光脈沖發(fā)射，使其映射在對應的物體上同時產(chǎn)生反射作用，由接收器進行接收并對光脈沖發(fā)射至發(fā)射回的傳播時間進行準確測量和分析，這一過程中，激光器所發(fā)射的光脈沖是以光速進行傳播的，因此，接收器會在下一個光脈沖發(fā)出前對前一個被反射回的光脈沖進行接收，從而根據(jù)已知的光速以及傳播時間（可轉換成距離測量相關的參數(shù)）等參數(shù)結果，同時結合激光器高度與激光掃描角度、通過GPS獲取的激光器位置與通過INS獲取的激光始發(fā)方向等，進行所對應的地面光斑坐標的準確計算，滿足其測量需求。

2、無人機激光測量技術在灘涂地形測量中的應用

2.1 無人機激光測量系統(tǒng)地形測量工作流程

根據(jù)上述測量試驗情況，采用無人機激光測量系統(tǒng)進行地形測量應用中，其測量方法與RTK三維水深測量工作方法基本相似，是由測量系統(tǒng)中的機載數(shù)據(jù)采集單元實現(xiàn)飛行平臺飛行過程中的RTK GPS實時三維定位數(shù)據(jù)與激光測距傳感器獲取的地面目標測量數(shù)據(jù)、飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)采集后，利用系統(tǒng)中的后處理軟件對地面目標的三維坐標進行計算，以完成對地形的測量與分析。如下圖2所示，即為采用無人機激光測量系統(tǒng)進行地形測量的工作流程示意圖。

2.2 無人機激光測量系統(tǒng)的精準度校驗

以某無人居住的海島作為本次測量分析與檢驗場地，該海島的島嶼和大陸之間通過海堤進行相互連接，且測量地區(qū)的地形環(huán)境較為空曠，具有較好的GPS測量條件，同時該海島的島嶼周邊地形要素相對豐富，存在海堤、沙灘、斷崖以及基巖、人工建筑、林地、陡坎等，整體地形起伏變化相對較大，具有一定的代表性，能夠滿足地形測量平面與高程精度校驗等有關需求。

根據(jù)上述無人機激光測量系統(tǒng)的地形測量工作流程，在對上述的海島地形測量分析中，首先采用人工地面測量方法對測量分析區(qū)域的地形數(shù)據(jù)進行獲取，其中，共設置了380多個人工測量分析點，以邊緣線作為地形測量與分析要素，其中包含海堤、斷崖以及平臺、陡坎等邊緣線和部分地形剖面線等；在此基礎上，采用無人機激光測量系統(tǒng)對該海島實施全島地形測量分析，測量分析過程中，其測線間距設置為10m，無人機激光測量系統(tǒng)的飛行高度設置為40m，并且為確保無人機激光測量地形數(shù)據(jù)結果和人工測量的地形數(shù)據(jù)結果之間具有可比性，在測量過程中需要保持無人機的測線方向和人工測量方法中的剖面線呈基本垂直情況，如下圖3所示，即為無人機激光測量系統(tǒng)進行上述海島地形測量的具體范圍與有效數(shù)據(jù)點設置情況示意圖。

根據(jù)上述測量校驗場及其布點測量情況，對無人機激光測量系統(tǒng)測量獲取的地形數(shù)據(jù)利用自主開發(fā)軟件以人工交互輔助判斷方法進行數(shù)據(jù)處理，對非地形要素數(shù)據(jù)進行排除后，形成相應的三維地形測量數(shù)據(jù)，在與人工地面測量的地形數(shù)據(jù)結果進行對比后，對無人機激光測量系統(tǒng)在地形測量中的精確度進行校驗，明確無人機激光測量系統(tǒng)進行地形測量的數(shù)據(jù)誤差原因后，在實際測量操作中，注意從其精確度影響因素層面，加強對測量的控制，以確保其在實際測量應用中的準確性與可靠性。

2.3 無人機激光測量系統(tǒng)在灘涂地形測量中的應用

以上述某海島附近的幾個典型灘涂海灣為例，其海域底質均以淤泥為主，并且測量區(qū)域內分布為較為密集的海水養(yǎng)殖場區(qū)，包含底播、淺水漂浮結網(wǎng)式養(yǎng)殖以及插桿養(yǎng)殖等。該區(qū)域地形測量中，由于高密度養(yǎng)殖區(qū)分布導致采用傳統(tǒng)測量方法進行地形測量中進入操作難度較大，并且對淤泥質灘涂地區(qū)采用人工測量方法進行下海測量的實施可行性較低，是典型的海洋測繪工作中水深測量高難度工作區(qū)。針對這種情況，采用無人機激光測量系統(tǒng)，根據(jù)上述無人機激光測量系統(tǒng)的地形測量工作流程，對該灘涂地區(qū)的地形數(shù)據(jù)進行測量分析，具有十分顯著的作用和優(yōu)勢。因此，采用無人機激光測量系統(tǒng)對上述25km2的灘涂地形測量后，按照1：25000的比例尺大小，將測線間距設置為250m，無人機激光測量中飛行高度設置為30m，速度控制子啊10m/s以下，無人機飛行測線總長度約為229km，檢線約為32km，測量過程中對地形測量數(shù)據(jù)結果采用計算檢測線和主測線交叉點互差方式進行，并且控制檢測線與主測線基本呈垂直分布，在無人機激光測量主測線后回航測量中進行檢測線檢測，并且其飛行高度與速度保持不變，結果顯示，其檢測線的交叉點高程互差平均為0.06m，最大約為0.14m，測量結果精準度相對較高，滿足有關海洋測繪的工作要求。

3、結束語

總之，對無人機激光測量技術在灘涂地形測量中的應用，有利于促進其在實際測量中推廣應用，進而促進灘涂地形測量準確性和工作效率提升，降低測量成本，具有十分積極的作用和意義。

參考文獻

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