孫亮　劉培杰　劉錕

【摘要】隨著科技的發(fā)展，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，既可以作為私人玩具，比如，小型無(wú)人機(jī);也可以應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域和勘測(cè)領(lǐng)域。航道工程中，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)的航測(cè)技術(shù)，幫助人們更好地進(jìn)行航道監(jiān)測(cè)，提升航道的維護(hù)效率。本文首先分析無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)概述、技術(shù)特點(diǎn)，然后探討無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在航道工程中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī) 航測(cè)技術(shù) 航道工程 應(yīng)用

1無(wú)人機(jī)航測(cè)概述

1.1無(wú)人機(jī)航測(cè)

無(wú)人機(jī)航測(cè)是一種有別去傳統(tǒng)航空的手段，是對(duì)傳統(tǒng)航空測(cè)量的一種強(qiáng)力補(bǔ)充，有著高效快速、機(jī)動(dòng)靈活、成本低、精準(zhǔn)度高、生產(chǎn)周期短、適用范圍大的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)飛行困難地區(qū)、小區(qū)域范圍內(nèi)的影像捕捉。數(shù)碼相機(jī)和無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，在重大工程、災(zāi)難應(yīng)急、資源開發(fā)、城鎮(zhèn)建設(shè)、國(guó)土監(jiān)察等領(lǐng)域的應(yīng)用也十分常見，尤其是對(duì)于土地資源監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)測(cè)繪、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急救災(zāi)測(cè)繪以及數(shù)字城市建設(shè)等方面應(yīng)用前景非常廣闊。

1.2無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

首先，反應(yīng)能力快，實(shí)現(xiàn)快速航測(cè)。利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)，大多是低空飛行，這樣不容易受到氣候的影響，而且空域申請(qǐng)比較容易。無(wú)人機(jī)對(duì)于起降地沒有太多的要求，只要是有著一段比較平坦的陸地，便可以完成起降。使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行影響拍攝時(shí)，取代飛行員，不用顧忌飛行員的人身安全，因此，可以將無(wú)人機(jī)用于那些人類難以達(dá)到的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。

其次，時(shí)效性以及性價(jià)比較高。傳統(tǒng)的航空拍攝使用到衛(wèi)星遙感技術(shù)，但面臨著時(shí)效性較差的問(wèn)題，影像拍攝和存檔需要較多的時(shí)間;借助無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)工作實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)拍攝，與人機(jī)測(cè)繪和衛(wèi)星測(cè)繪比較，短時(shí)間內(nèi)便可完成測(cè)繪，滿足用戶需求，優(yōu)勢(shì)十分明顯。

最后，受限制較小。我國(guó)有著幅員遼闊的領(lǐng)土，不同區(qū)域之間的氣候、地形的要素復(fù)雜，比如，部分區(qū)域常年受到云層、積雪等，影響到衛(wèi)星遙感技術(shù)。如果航空飛行高度過(guò)高，超過(guò)5000米，必然要收到云層的影響，拍攝圖像質(zhì)量下降，而且危險(xiǎn)較大。無(wú)人機(jī)則突破了航高限制，而且拍攝質(zhì)量和精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)大型飛機(jī)航拍。

2無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在航道工程中的應(yīng)用

2.1航道項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本文選擇的淮河流域內(nèi)，三河尖到臨淮崗段，該區(qū)域內(nèi)地貌變化并不大，主要為河床一河漫灘相，流域底部受到商業(yè)活動(dòng)的影響，例如采沙，河底有著一定高程差。南照大橋連接該區(qū)域的南北兩岸，該區(qū)域在測(cè)繪期間，剛好趕上南照大橋進(jìn)行大修，這種突發(fā)因素的出現(xiàn)，給測(cè)區(qū)的水準(zhǔn)測(cè)量、平面控制等工作帶來(lái)極大地挑戰(zhàn)。除去南照大橋之外，還可以通過(guò)水運(yùn)交通的方式，利用區(qū)域內(nèi)的水利樞紐，王莊、牛臺(tái)、畢臺(tái)、臨淮崗等樞紐運(yùn)送測(cè)量裝備。根據(jù)區(qū)域航道的地形，周圍有著樹木和植被的覆蓋，加上多河漫灘地形的存在，完成該區(qū)域內(nèi)航道的地貌測(cè)量工作，采取常規(guī)測(cè)量的方式，需要花費(fèi)大量的時(shí)間。因此，采取無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)。

2.2航線設(shè)計(jì)

航線設(shè)計(jì)是采集遙感信息的關(guān)鍵工作內(nèi)容，也是航空拍攝的指導(dǎo)性和技術(shù)性文件，有著不言而喻的重要性。進(jìn)行遙感信息采集時(shí)，需要考慮到采集區(qū)域的地形地貌、測(cè)量的范圍、測(cè)繪的精度要求，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備、影響用途、測(cè)繪目的等要求進(jìn)行綜合的規(guī)劃設(shè)計(jì)，才能保證測(cè)量工作的順利完成。

完成航線規(guī)劃之后，仔細(xì)檢查航線，主要檢查航線是否設(shè)計(jì)合理，是否存在出點(diǎn)落水不利的情況，與此同時(shí)，判斷分區(qū)是否合理、區(qū)域是否覆蓋齊全、區(qū)域內(nèi)的定刑高差等方面內(nèi)容，確定攝影航空高，一般選擇1/6攝像航高較多，并選擇合適的飛行高度、攝影基面、分辨率。航高保持在一定高度時(shí)，其他測(cè)量參數(shù)不變的前提下，地面分辨率需要位于攝影區(qū)域的最低位置，而最小相片重疊區(qū)則需要位于最高點(diǎn)。詳見，表一。為了提升測(cè)繪的精準(zhǔn)度，對(duì)于像片重疊度以及地面分辨率需要控制到一定范圍內(nèi)，詳見公式。

2.2.1地面分辨率GSD=（H△h高程）*a/f，公式中，GSD代表最低地面分辨率;h為相較于攝影基準(zhǔn)面的攝影航高;△h高程為基準(zhǔn)高程與最低高程之差;a為像元尺寸;f為鏡頭焦距。

表一、攝影航高與分辨率、焦距對(duì)照表

2.2.2最高處像片重疊度計(jì)算

px=p′x+（1-p′）x△h/H

qy=q′y+（1-q′）y△h/H

px代表航向重疊度、qy代表旁向重疊度，△h攝影基準(zhǔn)面的高差、H航高。進(jìn)行航路設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到存在的高差，確保像片有著一定的重疊度。通常情況下，航向重疊度需要保持在60%-80%之間;旁向重疊度則需要保持在30%一60%之間。

2.2.3圖片處理與分析

失真重采樣、圖像拼接是圖像預(yù)處理的2個(gè)步驟。對(duì)于原始圖像數(shù)據(jù)，需要對(duì)其進(jìn)行重新采樣，才能方便攝影測(cè)量工作站開展后續(xù)的處理工作。如果使用的系統(tǒng)為多面陣數(shù)字航空攝影系統(tǒng)，圖像匹配工作就是圖像拼接的核心工作內(nèi)容。該航道項(xiàng)目使用SSK工作站的方式，采取空三加密的方式。按照航道工程圖像分布和飛行線路的實(shí)際情況，對(duì)航測(cè)空間進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)絡(luò)劃分，并進(jìn)行加密?？杖用芸梢圆扇∈謩?dòng)和自動(dòng)組合的方式，也就是進(jìn)行像位點(diǎn)測(cè)量，從而消除偏差。通過(guò)手動(dòng)調(diào)整的方式，調(diào)整連接點(diǎn)，使其符合規(guī)格，確保連接點(diǎn)處于矢量點(diǎn)2/3像素內(nèi)。通過(guò)添加外業(yè)像控點(diǎn)的方式，定向本區(qū)大地，平均高程誤差0.17m，檢驗(yàn)點(diǎn)誤差0.3m，根據(jù)無(wú)人機(jī)航空測(cè)量要求，其加密結(jié)果最終可以滿足1：2000數(shù)據(jù)采集工作的需要。在此，我們重點(diǎn)提及一下空三加密的檢查內(nèi)容，主要包括信息文件設(shè)置、像素匹配、空中失真校正、影響文件設(shè)置、導(dǎo)航鏈接以及控制點(diǎn)轉(zhuǎn)移等內(nèi)容。完成空中三角測(cè)量之后，根據(jù)相同的點(diǎn)、控制點(diǎn)，系統(tǒng)生成DEM，依照DEM進(jìn)行影像制作。影像制作過(guò)程中，使用處理軟件，對(duì)圖片進(jìn)行羽化處理和曝光，從而保證影像有著均勻平滑的顏色，詳見圖1.

圖1為三河尖-臨淮崗區(qū)域的航道影像圖

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，在航道測(cè)量中的應(yīng)用相較于傳統(tǒng)的測(cè)量有著明顯的優(yōu)勢(shì)，比如，反應(yīng)快、時(shí)效性高、受限制小，也就是更加地靈活高效，可以代替人工測(cè)量，擺脫大型機(jī)械的飛行限制，提升測(cè)量的效率和拍攝質(zhì)量。本文結(jié)合三河尖——臨淮崗區(qū)域的實(shí)際應(yīng)用為例，分析航道測(cè)量工作需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，希望對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)的研究，為無(wú)人機(jī)在航道測(cè)量中的應(yīng)用，提供參考和借鑒，同時(shí)也是對(duì)無(wú)人機(jī)航道測(cè)量技術(shù)的一種宣傳和推廣。