張峰

摘要：近年來，在測繪行業(yè)發(fā)展過程中，航道測繪的任務(wù)量呈現(xiàn)持續(xù)增加的態(tài)勢，航道測繪的需求越來越趨向高質(zhì)量測繪，傳統(tǒng)形式的測繪技術(shù)已經(jīng)不能滿足新的測繪要求。針對當(dāng)前應(yīng)用的無人機(jī)航測技術(shù)中存在的諸多難點(diǎn)問題，文章對復(fù)雜河道地形中無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行簡要論述分析，旨在為相關(guān)行業(yè)從業(yè)人員提供經(jīng)驗(yàn)借鑒和幫助。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)??無人機(jī)航測??地理測繪??遙感技術(shù)??河道測繪

中圖分類號：P231???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Application?of?UAV?Aerial?Survey?Technology?in?River?Surveying?and?Mapping

ZHANG??Feng

（Cangzhou?Water?Conservancy?Survey，?Planning?and?Design?Institute?Co.，?Ltd.，?Cangzhou，?Hebei?Province，?061000?China）

Abstract：??In?recent?years，?in?the?process?of?the?development?of?the?surveying?and?mapping?industry，?the?task?volume?of?channel?surveying?and?mapping?is?increasing?continuously，?the?demand?for?channel?surveying?and?mapping?is?increasingly?moving?towards?high-quality?mapping，?and?the?traditional?surveying?and?mapping?technology?can?no?longer?meet?the?new?requirements?for?surveying?and?mapping.?In?view?of?many?difficulties?existing?in?the?current?applied?UAV?aerial?survey?technology，?this?paper?briefly?discusses?and?analyzes?the?main?points?of?the?application?of?UAV?aerial?survey?technology?in?the?complex?river?terrain，?aiming?to?provide?the?model?of?experience?and?help?for?the relevant?industry?practitioners.

Key?Words：?UAV;?UAV?aerial?survey;?Geographic?mapping;?Remote?sensing?technology;?River?mapping

就目前地理測繪的實(shí)踐情況而言，對于河道測繪還存在一定的困難。以往對岸線的測量與動(dòng)態(tài)觀察，基本上都是人工對現(xiàn)場進(jìn)行勘測的方法，也有通過利用衛(wèi)星遙感圖像的解譯方式進(jìn)行的。由于岸線的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，其中部分地段人員無法到達(dá)進(jìn)行實(shí)地測量，且外業(yè)的工程量很大、費(fèi)時(shí)較長。就遙感衛(wèi)星影像的解譯而言，獲得的岸線數(shù)據(jù)精度可能會(huì)存在差異，不能達(dá)到高比例成像的基本條件。故此，傳統(tǒng)形式的測繪技術(shù)已經(jīng)不能滿足新的測繪要求，需要對測繪的技術(shù)設(shè)備及人員進(jìn)行創(chuàng)新和完善。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷成熟，特別是對于低空測量技術(shù)的不斷發(fā)展，利用無人機(jī)和測量系統(tǒng)的融合顯得尤為重要。無人機(jī)進(jìn)行河道測繪能夠行之有效地提升航道測繪的質(zhì)量和效率，在一定程度上減少測繪技術(shù)人員的工作量。

1?河道測繪過程中存在問題分析

在進(jìn)行河道等相關(guān)水利測繪過程中經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的困難，首先要面臨的則是河道復(fù)雜的地理環(huán)境和地質(zhì)條件，在設(shè)備運(yùn)輸?shù)倪^程中要耗費(fèi)大量的人力成本和物力成本，一旦測繪的定位信息出現(xiàn)偏差就會(huì)對整體測繪工作造成惡劣影響。在測繪過程中面對未知的、不確定的因素也會(huì)在一定程度上增加人員的安全隱患，遭遇惡劣天氣時(shí)也會(huì)對測繪工作帶來負(fù)面影響，甚至可能會(huì)對測繪儀器造成損害。此外，部分河道區(qū)域的位置較為偏僻，周邊環(huán)境較為惡劣，人力進(jìn)入現(xiàn)場較為困難，且信號強(qiáng)度較差，在測繪過程中極容易造成數(shù)據(jù)信息的不準(zhǔn)確，特別是在測繪設(shè)備不夠完善、人員技術(shù)水平參差不齊的情況下，往往會(huì)導(dǎo)致測繪工作的質(zhì)量較差，測繪成果不顯著。

2?在河道測繪工作中應(yīng)用無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)分析

首先，對于地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜的河道而言，有效應(yīng)用無人機(jī)來開展測繪工作能夠突破測繪工作的某些困難，無人機(jī)作為一種新型的高科技產(chǎn)品，對于環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，開展測繪作業(yè)的成本較低，對于部分區(qū)域人工可能不能達(dá)到的地方而言，能夠行之有效地完成人力所不及區(qū)域的測繪任務(wù)。無人機(jī)本身搭載著傳感器同樣具備著較高的分辨率，能夠?qū)Ω鞣N影像和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集和處理。在日常河道測繪工作中，無人機(jī)的操作難度較低，不需要開展大規(guī)模的人力工作，無人機(jī)本身的維護(hù)成本相對較低，對于無人機(jī)測繪來說，即使面對復(fù)雜多變的惡劣環(huán)境，在大多數(shù)情況下還能夠保證測繪工作的順利進(jìn)行，不受到外部惡劣環(huán)境的影響，讓河道測繪工作變得簡單輕松起來。其次，無人機(jī)本身較為輕巧，能夠在較為復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行飛行穿梭，在數(shù)據(jù)采集信息不完整或是較為模糊的情況下，也可以低空靠近測繪區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)數(shù)據(jù)信息的采集。在對河道進(jìn)行測繪的過程，航空拍攝測繪的效果較好，能夠清晰明了地對河道情況進(jìn)行測繪并實(shí)時(shí)反饋，不需要再借助其他測繪工具輔助進(jìn)行河道測繪，這就在一定程度上節(jié)約了測繪成本，并有效優(yōu)化了整體測繪項(xiàng)目的質(zhì)量和水平。無人機(jī)在河道測繪項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用，也為后續(xù)其他工作的順利開展奠定了基礎(chǔ)。

通常應(yīng)用的無人機(jī)種類一般有兩種，一種為固定翼，另一種為多旋翼。固定翼無人機(jī)利用機(jī)翼結(jié)構(gòu)與動(dòng)力系統(tǒng)的搭配而滑翔，這類無人機(jī)可以進(jìn)行更加精準(zhǔn)的操作，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的遙測作業(yè)。機(jī)體上面搭載了豐富的、多種類型的傳感器，能夠在多種天氣條件下進(jìn)行測繪作業(yè)，固定翼無人機(jī)本身體積較大、負(fù)載能力更強(qiáng)，航線距離較遠(yuǎn)，具備優(yōu)良的成圖性能，使得固定翼無人機(jī)廣泛應(yīng)用于大場景的測繪作業(yè)中。多旋翼無人機(jī)通常是通過3根以上的螺旋槳軸來實(shí)現(xiàn)飛行的，其基本運(yùn)行機(jī)理是在螺旋槳軸上裝有電機(jī)，電機(jī)的工作而使螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)速超過某個(gè)目標(biāo)數(shù)時(shí)就會(huì)形成上升方向的推動(dòng)力。多旋翼無人機(jī)的旋槳總距一致，在不同速度時(shí)所產(chǎn)生的上升推動(dòng)力也不同，從而能夠控制無人機(jī)的轉(zhuǎn)速并改變飛行速度。此類無人機(jī)的操控原理較為簡單，可以在多種環(huán)境中實(shí)現(xiàn)飛行降落，甚至還能夠懸浮在固定的空間范圍中。故此，多旋翼無人機(jī)更適合垂直降落與需要懸停的測繪場景中，例如在懸崖峭壁下的河道、落差較大的河道等。由于此無人機(jī)的飛行速度能夠調(diào)節(jié)，可以有效降低在測繪作業(yè)中遇到的危險(xiǎn)隱患，進(jìn)而保障測繪作業(yè)中技術(shù)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

3?無人機(jī)航拍測量技術(shù)應(yīng)用及特點(diǎn)分析

無人機(jī)是一個(gè)可以通過遙控裝置和控制系統(tǒng)等自備功能來實(shí)現(xiàn)操作的無人駕駛低空航空器，目前無人機(jī)所使用的航拍方式是在衛(wèi)星遙感技術(shù)、大飛機(jī)遙感技術(shù)之后發(fā)展起來的一種新型的遙感航拍技術(shù)。無人機(jī)本身輕便靈活，操作的技術(shù)難度不高，制造成本較為低廉且能夠進(jìn)行一段時(shí)間的低空飛行等技術(shù)優(yōu)勢，使得無人機(jī)技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用在于小范圍的測量和高分辨率的視頻照片攝影和的信息收集流程中。

3.1?無人機(jī)的航拍測繪技術(shù)及主要特點(diǎn)分析

無人機(jī)的價(jià)格經(jīng)濟(jì)性與靈活性是其中的主要特點(diǎn)之一，其操作靈活性較高，并且測繪的周期和地點(diǎn)受限制的程度不高，并不需要專業(yè)性的起降落機(jī)場來提供支持。此外，無人機(jī)的系統(tǒng)占用體積較小，已經(jīng)發(fā)展出了較為成熟的設(shè)備技術(shù)以及技術(shù)系統(tǒng)；天氣狀況對于無人機(jī)測繪的影響較小，能夠滿足復(fù)雜地質(zhì)條件以及云下低空飛行環(huán)境的要求，并且無人機(jī)本身具備能夠搭載分辨率較高的攝像頭，能夠采集到數(shù)量巨大的信息資源，同時(shí)還擁有極高的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)以及采編性能，能夠在更大限度上滿足不同項(xiàng)目之間的不同要求。與此同時(shí)，無人機(jī)的后續(xù)維護(hù)工作也相對簡單，采用無人機(jī)進(jìn)行工程測繪工作能夠?yàn)槠浒踩阅芴峁┹^高保障。

3.2?無人機(jī)航測技術(shù)的主要作業(yè)流程分析

無人機(jī)飛行測繪技術(shù)從工作機(jī)制上大致包括了兩大模塊，分別為外業(yè)子系統(tǒng)模塊和內(nèi)業(yè)子系統(tǒng)模塊。針對無人機(jī)飛行測繪技術(shù)的外業(yè)運(yùn)行過程來說，首先，需要構(gòu)建起對無人機(jī)的載體控制系統(tǒng)、地面飛行控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的預(yù)處理體系；其次，要完成外在像控點(diǎn)的檢測工作，針對檢測中所采集到的數(shù)字資料建立空三加密模型；最后，還要完成數(shù)字化的測圖以及數(shù)字化線圖作業(yè)。在實(shí)際無人機(jī)的航測作業(yè)流程中，無人機(jī)航測人員必須對水利工程測繪的目標(biāo)范圍、分辨率大小和航拍線路等做出合理的計(jì)劃。

首先是像控點(diǎn)的布控工作，像控點(diǎn)也是對攝影的信息進(jìn)行加密和測圖的基本部分，因此，在野外像控點(diǎn)目標(biāo)的選擇時(shí)要特別注意，像控點(diǎn)與指點(diǎn)點(diǎn)位選取的優(yōu)劣直接關(guān)系到圖像計(jì)算的精確度和準(zhǔn)確性，要采用CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)，所采用的高程是按照1985國家高程基準(zhǔn)，在飛行監(jiān)測的區(qū)域中心和4個(gè)角落區(qū)域來對象控點(diǎn)的布設(shè)。在測繪項(xiàng)目中使用了多架無人機(jī)或者是帶狀航測區(qū)域的，還應(yīng)盡可能保證在不同架次的無人駕駛飛行器重復(fù)區(qū)域布設(shè)有像控點(diǎn)。對于像控點(diǎn)的理論需求來說，最低要布設(shè)3個(gè)像控點(diǎn)，但為了精度要求以及收集數(shù)據(jù)信息要求，則需要最少布置5個(gè)。需要測繪的區(qū)域范圍越大，則要求布設(shè)得像控點(diǎn)數(shù)量更多，并使用RTK技術(shù)來對象控點(diǎn)進(jìn)行位置數(shù)據(jù)收集。

其次是無人機(jī)航路的規(guī)劃和比例尺、分辨率的相關(guān)工作。對于無人機(jī)航測技術(shù)來說，分辨率可以選擇合適的航高，根據(jù)要求來對范圍作出判斷，通過航測區(qū)的高差來對飛行高度進(jìn)行確定，飛行的重疊率要在80%左右，旁向重疊率的調(diào)整范圍要在60%～80%，如需要三維模型就必須采用最高重疊率才能保證模型的精度。在航測范圍內(nèi)加飛的航路要與測圖航路近乎垂直，這樣可以在基本航線兩側(cè)發(fā)揮控制點(diǎn)的優(yōu)勢，可以提高區(qū)域網(wǎng)格模型間的穩(wěn)定性，及加密平差準(zhǔn)確率的提升。

最后要堅(jiān)持無人機(jī)飛行的安全性原則。無人機(jī)在出發(fā)前，要先對無人機(jī)的飛行器裝置進(jìn)行檢測，對返航點(diǎn)進(jìn)行位置刷新。起飛前要盡可能選取開闊無遮擋的區(qū)域進(jìn)行，同時(shí)控制天線和無人機(jī)之間的位置，以減少在飛行過程中信息中斷的情況造成無人機(jī)返航。另外，還要考慮測繪的范圍內(nèi)是不是屬于禁飛區(qū)域，在測量范圍之內(nèi)有沒有高層大樓、信號塔及高壓線等影響無人機(jī)工作的設(shè)施，并對無人機(jī)的合理飛行高度進(jìn)行確定。盡可能地將無人機(jī)起飛的地點(diǎn)布置在開闊平坦、位置較高的區(qū)域，并考量航線最遠(yuǎn)處信號傳輸?shù)南嚓P(guān)問題。當(dāng)無人機(jī)航測任務(wù)結(jié)束后，要借助于階梯式降落的方式，平穩(wěn)、緩慢地降低飛行高度，規(guī)避下落過程中可能出現(xiàn)的旋翼機(jī)失穩(wěn)問題，造成無人機(jī)墜毀事故[1-2]。

4?河道測繪工作中無人機(jī)的應(yīng)用分析

4.1?高效的數(shù)據(jù)分析處理能力

在河道測繪的工作過程中，開展無人機(jī)測繪能夠有效降低測繪工程項(xiàng)目的成本，對于部分限制條件較高的區(qū)域也能夠進(jìn)行應(yīng)對作業(yè)。無人機(jī)應(yīng)用在河道測繪工作中，能夠根據(jù)河道中的復(fù)雜區(qū)域地理環(huán)境，進(jìn)行針對性的調(diào)整。隨著高科技信息技術(shù)和遙感技術(shù)的不斷深化發(fā)展，信息數(shù)據(jù)的傳輸和處理能力有了極大的提升，使得無人機(jī)的數(shù)據(jù)識別能力獲得了長足進(jìn)步，能夠清晰準(zhǔn)確地對數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行記載儲(chǔ)存，同時(shí)還能夠?qū)?chǔ)存的數(shù)據(jù)信息和視頻影像進(jìn)行一定的檢查和處理，進(jìn)一步保障了河道測繪工作的工程質(zhì)量。

4.2?遙感技術(shù)裝置的應(yīng)用

為了能夠最大程度上保障河道測繪工作中收集到的數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，在測繪工作中要使得無人機(jī)的航測技術(shù)和遙感技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，這就在一定程度上對無人機(jī)提出了更高水平的要求，需要無人機(jī)能夠適應(yīng)遙感技術(shù)，并對航測的分辨率進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，對航道路線和測繪范圍進(jìn)行確定。在進(jìn)行河道測繪工作之前，要對測繪區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行整體考量，對無人機(jī)航拍進(jìn)行全方位、全角度的規(guī)劃，設(shè)置無人機(jī)的最大飛行高度和最遠(yuǎn)飛行距離。對于傳感裝置而言，要能夠和無人機(jī)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，能夠準(zhǔn)確無誤地接收到航測的數(shù)據(jù)信息和影像資料。故此，在進(jìn)行無人機(jī)航測之前，要對無人機(jī)的各個(gè)功能和設(shè)備進(jìn)行檢查和調(diào)整，確保在測繪過程中不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。對于河道區(qū)域的環(huán)境與惡劣天氣等影響因素，要及時(shí)進(jìn)行整體性規(guī)劃，更大限度地保障能夠與無人機(jī)進(jìn)行適配，盡可能地規(guī)避在測繪過程中數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)誤差。能夠準(zhǔn)確接收無人機(jī)航測的數(shù)據(jù)信息是開展無人機(jī)測繪作業(yè)的前提，在遙感技術(shù)和傳感技術(shù)的共同作用下，達(dá)成無人機(jī)航測的最佳效果，確保河道測繪工作的順利開展[3-4]。

4.3?無人機(jī)航測技術(shù)的數(shù)據(jù)工作分析

無人機(jī)航測數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量好壞是河道測繪工作中極為重要的一環(huán)，數(shù)據(jù)信息的高效處理直接關(guān)系到無人機(jī)河道測繪的最終成果，因此基于數(shù)據(jù)運(yùn)算的系統(tǒng)，對其航測的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理，結(jié)合河道測繪工程的位置信息，對其中的詳細(xì)參數(shù)進(jìn)行對比，對各個(gè)關(guān)鍵區(qū)域點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注。在這個(gè)過程中，要盡可能地保證數(shù)據(jù)信息的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，就意味著要對航測數(shù)據(jù)的質(zhì)量提出更高要求。在無人機(jī)航測工作開展前，相關(guān)技術(shù)工作人員要調(diào)試好相關(guān)設(shè)備，對于測繪過程中可能會(huì)出現(xiàn)的相關(guān)問題做好應(yīng)急方案，更大程度地發(fā)揮無人機(jī)航測的優(yōu)勢，以最佳的航測效果和精確的數(shù)據(jù)分析來滿足河道測繪的相關(guān)需求，為后續(xù)水利工作項(xiàng)目的開展提供數(shù)據(jù)支撐，從而實(shí)現(xiàn)河道測繪目標(biāo)并夯實(shí)基礎(chǔ)。

4.4?數(shù)字正射影像圖輸出（DOM）

航測中比較常用的4D技術(shù)，數(shù)據(jù)正射圖像在當(dāng)前階段已完成了圖像自動(dòng)化，通過無人機(jī)航拍的圖像數(shù)據(jù)，加上前期布設(shè)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以得到精確、高分辨率的數(shù)據(jù)正射影像。這種影像圖能夠直觀、清晰地觀察到河道基本情況，將以往比較復(fù)雜的河流現(xiàn)場測繪任務(wù)遷移到了圖像處理中，在更大程度上降低了測繪工作的工作量，也規(guī)避了人工測繪中因視野和環(huán)境等問題而造成的測繪疏漏，進(jìn)一步提升了測繪工作的精確程度[5-6]。

4.5?無人機(jī)航空測繪成果分析

運(yùn)用無人機(jī)可以完成對航道測繪地形圖的有關(guān)要求，可以實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)器、遙感技術(shù)及相機(jī)快門的精確控制，能夠?qū)θ魏螠y繪區(qū)域進(jìn)行航空攝像測量，以此獲取最高質(zhì)量的三維模型和正射影像，獲取河道岸線周邊的地形地貌數(shù)據(jù)信息，為岸線的后續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)χ攸c(diǎn)水域、重點(diǎn)河道以及岸線區(qū)域進(jìn)行多頻次的監(jiān)測，能夠有效彌補(bǔ)現(xiàn)有衛(wèi)星遙感技術(shù)和現(xiàn)場勘察測繪技術(shù)手段的不足。

5?無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用中存在的不足之處分析

盡管無人機(jī)航測技術(shù)在河道測繪工作中有著明顯優(yōu)勢，但在具體的實(shí)際運(yùn)用過程中卻存在著不足。首先，無人機(jī)會(huì)面臨附近機(jī)場的禁飛地域的影響，為可以更有效保證在空中的飛行安全，空管等單位已經(jīng)對機(jī)場附近區(qū)域設(shè)立了相應(yīng)的禁飛區(qū)域，禁飛區(qū)域內(nèi)的河流測量作業(yè)無人機(jī)將不能完成。對問題的解決方案而言，相關(guān)河道測繪部門或單位要規(guī)定出測繪工作開展的作業(yè)時(shí)間，并根據(jù)實(shí)際情況和空管機(jī)關(guān)單位進(jìn)行洽談協(xié)商，為河道測繪工作提供便利已完成作業(yè)任務(wù)。其次，航測過程中可能會(huì)遭遇周邊植物和高大建筑的遮蔽。在開展無人機(jī)河道測繪工作中，難免會(huì)遇到因?yàn)榈孛娼ㄖ锘蛑脖徽趽醯那闆r，使得正射影像圖范圍內(nèi)，不能精確測量出河道的真實(shí)數(shù)據(jù)信息，基于此原因，在生成正射像圖的前提下，還可以通過對遮蔽范圍進(jìn)行傾斜攝影測繪的方式來完成補(bǔ)測，確保航測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性[7-8]。

6?結(jié)語

綜上所述，在地理測繪中尤其是河道測繪工程中，應(yīng)用無人機(jī)航拍測繪技術(shù)能夠有效提升數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，在大比例尺的地形圖繪制中能夠發(fā)揮出巨大優(yōu)勢，測繪出的數(shù)據(jù)成果也能夠在更大限度上滿足精度要求，可以為當(dāng)前階段的河道測繪工作提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)信息支撐，為后續(xù)水利工程項(xiàng)目的實(shí)施奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在精度和準(zhǔn)確度要求較高的河道測繪工作中，有效利用無人機(jī)航測技術(shù)手段是契合新時(shí)期河道工作數(shù)據(jù)信息化需要的，能夠?qū)⑺畔⒒?qiáng)監(jiān)管要求落到實(shí)處。此外，無人機(jī)不僅能夠?yàn)楹拥狼捌谥卫戆l(fā)揮優(yōu)勢作用，還能夠?yàn)樗h(huán)境治理、實(shí)時(shí)監(jiān)測及河道整治驗(yàn)收等提供優(yōu)勢便利，隨著無人機(jī)技術(shù)水平的不斷研發(fā)創(chuàng)新，相信在不久的未來，無人機(jī)航測技術(shù)能夠滲透到更多的行業(yè)和領(lǐng)域內(nèi)，并發(fā)揮技術(shù)水平優(yōu)勢，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、地理信息采集等領(lǐng)域貢獻(xiàn)力量。

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