無人機測量系統(tǒng)在航道測繪中的應(yīng)用探討

于洪濤

【摘要】本文通過對無人機測量系統(tǒng)的發(fā)展進行闡述，介紹了機載傾斜攝影和激光雷達兩大測量技術(shù)，探討了無人機測量系統(tǒng)在航道測繪領(lǐng)域特別是岸線、洲灘地形、整治建筑物等觀測中的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】無人機；測量系統(tǒng)；航道測繪

引言

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

1、無人機測量系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1無人機激光雷達系統(tǒng)

機載激光雷達系統(tǒng)（LIDAR）由激光測高儀、GPS定位裝置、IMU（慣性制導(dǎo)儀）和高分辨率數(shù)碼照相機組成，可實現(xiàn)對目標物的同步測量。測量數(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，可完成高精度成圖需求。激光雷達測量系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的影像所不具備的優(yōu)勢，是對傳統(tǒng)方式的有效、必要、低成本的補充。

1.2無人機傾斜攝影系統(tǒng)

無人機航空攝影近年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)——傾斜攝影技術(shù)，即通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。該種傾斜影像具備以下特點：1）能極大的彌補基于正射影像的不足，更加真實反映地物的實際情況；2）可直接基于成果影像進行包括高度、長度、坡度、角度等的量測，擴展了傾斜攝影技術(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，加上從傾斜影像批量提取紋理及貼紋理的方式進行建模，能有效提高建模效率、節(jié)約建模成本。

2、無人機測量系統(tǒng)在航道測繪中的應(yīng)用探討

2.1岸線、洲灘測量中的應(yīng)用

無人機測量效率高，可以大幅度提高岸線、洲灘的測量頻次和精度，進而能有效地反映岸線、洲灘變化情況。傳統(tǒng)測量（RTK測量、全站儀測量）對于陡坎、陡岸和水洼測量較為困難，而無人機測量可無視這些困難很好地獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。此外，無人機可以大規(guī)模、大面積獲取數(shù)據(jù)，對于特征點數(shù)據(jù)的提取更為科學(xué)和精確。但在使用無人機航攝時應(yīng)該注意像控點布設(shè)均勻，盡可能布設(shè)在有明顯特征和參照物的地點，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)施測量中的應(yīng)用

長江沿線的碼頭等臨河設(shè)施眾多，浮式碼頭等經(jīng)常會因水位變化，而限于以往測量手段有限，一般碼頭可能是幾年才更新一次，且只能反映測時位置，現(xiàn)勢性較差。而無人機測繪可快速獲得碼頭的準確位置，為航道管理部門保護航道資源提供更為實時的數(shù)據(jù)。

2.3橋梁、架空電纜等觀測中的應(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、最低點變化的情況，采用無人機激光雷達系統(tǒng)可以更便捷、快速地獲取高精度數(shù)據(jù)，通過定期觀測，可監(jiān)測其形變、最低點變化情況。

2.4植被復(fù)雜地區(qū)測量中的應(yīng)用很多LIDAR系統(tǒng)（激光雷達系統(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，這樣就會一組多次返回的三維坐標的點記錄，并分層表示，這樣可更為準確的獲取植被、地形數(shù)據(jù)，從而解決RTK測量在樹林中信號差的情況。

2.5大比例測圖中的應(yīng)用

無人機攝影測量系統(tǒng)目前可滿足1：500的大比例測圖需要，成本低、工期短、精度高，能夠大幅度減少外業(yè)工作量，進而提高生產(chǎn)效率，縮短工期；而無人機激光雷達系統(tǒng)可獲得大量的數(shù)據(jù)點云，可生成大比例尺測圖，成圖精度高、效訓(xùn)練場高。

2.6關(guān)鍵的技術(shù)難題

無人機測量系統(tǒng)續(xù)航時間制約著大范圍的觀測，由于續(xù)航時間還需保證無人機安全返航，所以觀測的時間相對較短。同時，無人機的安全性仍需進一步提高，以保障無人機能安全返航，特別是遇到大風、雷暴等天氣，需確保無人機的飛行安全。

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

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

2.8航道整治建筑物觀測中的應(yīng)用

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

2.9水深測量中的應(yīng)用

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

結(jié)語

隨著無人機測量技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和日趨成熟，無人機將在航道測量中發(fā)揮重要的作用，無人機測量系統(tǒng)將進一步提高測繪成果現(xiàn)勢性和可靠性，進一步提升航道養(yǎng)護管理效能，進一步降低職工勞動強度，進一步增強測繪應(yīng)急服務(wù)保障能力，促進航道公共服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平進一步提高，為加快推進長江綜合立體交通走廊建設(shè)和長江經(jīng)濟帶建設(shè)提供有力支撐。

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