石江濱

（黑龍江省航道事務(wù)中心，黑龍江 哈爾濱 150026）

我國國土面積遼闊，擁有大量的河流和海岸線，尤其是長江干線更是我國的主要內(nèi)陸航道。隨著長江干線航道尺度的不斷提升以及數(shù)字化航道建設(shè)速度的不斷加快，航道測繪的工作量持續(xù)增加，并對航道應(yīng)急測量、快速測量以及航道監(jiān)測的工作質(zhì)量提出了更高的要求。在現(xiàn)階段的時代背景之下，傳統(tǒng)的航道測繪技術(shù)所存在的弊端和不足之處愈發(fā)突出和明顯，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段的測量需求，急需引入全新的測量技術(shù)來改善測量質(zhì)量。無人機(jī)測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)測量系統(tǒng)的融合可以構(gòu)成全新的測量平臺，能夠顯著提高航道測繪的科技水平和工作效率，從而在保證測量質(zhì)量的基礎(chǔ)上，大幅度減輕工作量和工作壓力。在這一背景之下，加強(qiáng)對于無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在航道測繪中的應(yīng)用分析，對于進(jìn)一步提高我國航道測繪水平有著一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1.無人機(jī)測量系統(tǒng)的現(xiàn)狀

無人機(jī)是由遙控設(shè)備所操控的無人飛行器，其最早誕生于上個世紀(jì)20年代，主要用于靶機(jī)訓(xùn)練，后續(xù)被逐步應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，直至21世紀(jì)末期才逐步轉(zhuǎn)入民間使用。上個世紀(jì)90年代，歐美等發(fā)達(dá)國家開始認(rèn)識到了無人機(jī)的商業(yè)價值，逐步加強(qiáng)了研發(fā)力度和投資規(guī)模，這也從根本上推動了無人機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展。無人機(jī)技術(shù)在我國的起步時間較晚，初期階段以國外技術(shù)進(jìn)入為主，且早期階段主要集中于軍事領(lǐng)域。近幾年，無人機(jī)商業(yè)化進(jìn)程飛快，在技術(shù)優(yōu)勢的推動之下，其制作成本、操作精度以及體積大幅度降低，并形成了無人機(jī)規(guī)模產(chǎn)業(yè)，誕生了諸多國產(chǎn)無人機(jī)品牌?，F(xiàn)階段，除了軍事以及個人愛好之外，無人機(jī)主要應(yīng)用于測量測繪領(lǐng)域，其自身的技術(shù)特征意味著可以適應(yīng)多樣化的天氣和地形地勢，從而獲取傳統(tǒng)測繪技術(shù)無法獲取的地理信息數(shù)據(jù)[1]。

1.1 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是一種新興的測量技術(shù)，其主要通過無人機(jī)飛行平臺為主要載體，利用多臺傳感器實(shí)現(xiàn)攝影測量，能夠?qū)μ囟o盡進(jìn)行傾斜、垂直等多角度影像采集，進(jìn)而獲取高精準(zhǔn)度的物體信息。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的技術(shù)特征主要包括以下三點(diǎn)：一是彌補(bǔ)正射影像缺陷。在傳統(tǒng)的測量技術(shù)體系當(dāng)中，正射影像為主要的影像形式，正射影像雖然能夠反映特定物體的表面特征和相關(guān)信息，但其自身存在明顯的缺陷和不足之處，尤其是存在影像盲區(qū)，不利于獲取真實(shí)的數(shù)據(jù)信息。而無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用則可以實(shí)現(xiàn)更多角度的影像測量，最終所獲取的影像數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映物體的具體情況，從而有效彌補(bǔ)了正射影像的不足之處。二是多功能測量。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可以在基本影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對特定物體的坡度、高度、角度和程度進(jìn)行綜合性測量，而這一技術(shù)優(yōu)勢也決定了技術(shù)本身的地位和適應(yīng)范圍，這也是決定其應(yīng)用范圍廣闊的主要原因。三是降低建模成本。依據(jù)測量測繪數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型是航道測繪的主要工作環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的建模環(huán)節(jié)費(fèi)時費(fèi)力，且整體成本較高，效率較低。而無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用則可以與航空攝影相互結(jié)合，通過批量提取紋理的方式來構(gòu)建三維模型，建模成本大幅度降低，建模效率大幅度提升[2]。

1.2 無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)

無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)由數(shù)碼照相機(jī)、定位系統(tǒng)、激光測高儀和IMU等設(shè)備構(gòu)成，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對特定物體的全面測量，且測量結(jié)果可以實(shí)時反映在特定的計算機(jī)設(shè)備當(dāng)中，從而為用戶提供高精準(zhǔn)度的地形地勢數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的定位測量系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢，尤其是對于地面控制點(diǎn)的需求量較低，且測量精度較高、效率更高、成本更低，這也意味著激光雷達(dá)系統(tǒng)具有普適性的特征，可以應(yīng)用于多種工程測繪當(dāng)中。

2.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在航道測繪中的應(yīng)用

2.1 測量植被復(fù)雜地區(qū)

無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)具有同一脈沖多次反射的基本特征，而測量植被復(fù)雜地區(qū)時，激光照射在樹葉、樹干以及地面時會持續(xù)多次返回，最后也意味著在測量同一區(qū)域時可以獲取一組多次返回數(shù)據(jù)構(gòu)成的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并具有明顯的層次性。反觀傳統(tǒng)測量技術(shù)RTK測量，其在測量植被復(fù)雜地區(qū)時會頻繁出現(xiàn)數(shù)據(jù)信號差的情況，不僅測量效率較慢，且測量精度明顯不足，不適合應(yīng)用于航道測繪工程當(dāng)中[3]。

2.2 測量臨河設(shè)施

以長江為例，長江的整體長度較長，跨越了多個省市，且整個長江干線的沿岸分布著諸多的碼頭等臨河設(shè)施。需要注意的是，長江沿岸的大部分碼頭為非固定碼頭，即浮式碼頭，當(dāng)長江干線的水位發(fā)生變化時，碼頭的具體位置、高度等均會發(fā)生改變。在長江沿線設(shè)施較多的情況下，若采取傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，則需要數(shù)年時間才能夠?qū)崿F(xiàn)對整個巷道情況的更新，且測量結(jié)果僅僅能夠反映測量階段的具體狀況，不具備實(shí)時性，無法反映實(shí)時信息。無人機(jī)測繪技術(shù)的應(yīng)用不僅可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測繪技術(shù)效率慢、周期長等弊端，且能夠?qū)崿F(xiàn)對碼頭等臨江設(shè)施的實(shí)時數(shù)據(jù)獲取，從而為航道管理工作提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

2.3 測量岸線、洲灘

使用無人機(jī)測量技術(shù)測量航道時，可以準(zhǔn)確反映岸線、洲灘的具體變化情況，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高。而傳統(tǒng)的全站儀測量和RTK測量則在測量陡岸時具有明顯的缺陷和不足之處，測量成本的花費(fèi)與測量效果不成正比。此外，無人機(jī)測量技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)信息種類較多、數(shù)據(jù)多大，能夠多角度反應(yīng)岸線、洲灘的真實(shí)情況，對比傳統(tǒng)的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)測量方法而言，無人機(jī)測量的規(guī)范性更加明顯。需要注意的是，在使用無人機(jī)測量岸線、洲灘時，需要注重對布控點(diǎn)的有效把握，盡量確保布控點(diǎn)周圍有明顯參照物，以確保航線能夠與測量照片保持較高的重疊度[4]。

2.4 測量水深

水深測量主要依靠于無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)，激光雷達(dá)系統(tǒng)能夠向特定航道區(qū)域發(fā)射特定長度的波長，并依據(jù)激光反射數(shù)據(jù)來對水深作出判斷。水深測量功能目前在淡水航道中的應(yīng)用效果不佳，這主要是因?yàn)榈降乐型哂写罅康膽腋‰s質(zhì)，實(shí)際測量過程中容易對激光反射效果形成干擾，最終的測量精度也容易受到客觀因素影響。由此可見，水深測量對水文條件有著較高的要求，該功能更加適合應(yīng)用于海水航道測量，后續(xù)依然存在較大的技術(shù)改進(jìn)空間。

2.5 測量架空電纜和橋梁

架空電纜和橋梁均是航道測繪中的主要測量對象，此類建筑往往會在客觀因素的影響之下出現(xiàn)最低點(diǎn)變化和形變，如溫度、重力等均是主要的影響因素。在使用無人機(jī)測量架空電纜和橋梁的位置時，最低點(diǎn)測量是主要的測量項(xiàng)目，整個測量過程較為簡單，測量效率較高，且數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確。正因如此，無人機(jī)測量技術(shù)目前已經(jīng)成為了測量架空電纜和橋梁最低點(diǎn)變化和形變的主要手段，其不僅可以應(yīng)用于航道測繪當(dāng)中，架空電纜和橋梁的管理維護(hù)工作也會應(yīng)用到無人機(jī)測量技術(shù)[5]。

2.6 測量地質(zhì)災(zāi)害、船舶流量

與傳統(tǒng)測量測繪技術(shù)相比較，無人機(jī)測量的優(yōu)勢在于能夠獲取大規(guī)模成像，且測量效率較高，基本上可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時測量。正因如此，無人機(jī)測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害和船舶流量監(jiān)控中具有較高的應(yīng)用價值，尤其是在激光雷達(dá)系統(tǒng)的參與之下，整個監(jiān)控環(huán)節(jié)將不再受到時間和空間的限制，可以根據(jù)實(shí)際需求隨意獲取任何階段和任何區(qū)域的數(shù)據(jù)信息。對于航道測繪工作而言，地質(zhì)災(zāi)害和船舶流量測量具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，其對于航道管理工作的開展有著積極的影響作用。

2.7 測量航道整治建筑物

部分航道整治建筑物具有典型枯水期特征，即在枯水期階段才會露出水面，這一階段可以通過無人機(jī)測量技術(shù)對整個航道內(nèi)部的整治建筑物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括建筑物成像和坐標(biāo)定位等，從而全面了解航道整治建筑物的具體狀況和損壞情況，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)參數(shù)，對整治建筑物進(jìn)行全面分析，最終的分析結(jié)果可以反饋給相關(guān)修復(fù)部門，由專業(yè)的修復(fù)部門完成對巷道整治建筑物的修復(fù)工作。對于干線較長的航道而言，應(yīng)用無人機(jī)測量整治建筑物的優(yōu)勢十分明顯，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量技術(shù)的缺陷。

2.8 大比例測圖

無人機(jī)測量技術(shù)在大比例測圖中的技術(shù)優(yōu)勢較為明顯，一般可以完成1∶500的測圖工作，有特殊需求的情況下還可以將這一比例進(jìn)一步提升。無人機(jī)測量技術(shù)自身所需要的測量周期階段、成本較低、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度較高，可以有效減輕測繪人員的外出工作壓力和工作量，從而確保在規(guī)定時間范圍內(nèi)完成測圖工作。此外，無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)可以通過雷達(dá)技術(shù)獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)，輔助大比例測圖工作的開展，從而大幅度提高圖像精準(zhǔn)度。

2.9 技術(shù)缺陷分析

無人機(jī)測量在實(shí)際應(yīng)用過程中的主要技術(shù)缺陷集中在續(xù)航時間方面，尤其是在開展大范圍測量工作時會呈現(xiàn)出續(xù)航時間明顯不足的狀況。續(xù)航問題的存在也造成了一定的安全隱患，無法保障在規(guī)定時間范圍內(nèi)完成測量工作。即便是在保證電力供給充足的情況下，長時間持續(xù)性的運(yùn)行也會對無人機(jī)的動力系統(tǒng)造成一定的影響和損壞。此外，無人機(jī)測量技術(shù)的應(yīng)用容易受到客觀天氣條件的影響和限制，尤其是存在雷電、強(qiáng)降水和大風(fēng)天氣時，無人機(jī)自身的安全性將受到直接的威脅。

3.結(jié)語

綜合來看，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在航道測繪工程中具有較高的應(yīng)用價值，相關(guān)部門需要客觀看待無人機(jī)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工作需求，合理應(yīng)用無人機(jī)測量技術(shù)。