無人機激光測量技術(shù)在灘涂地形測量中的應用初探

許元

摘? 要： 無人機激光測量技術(shù)是基于無人機技術(shù)發(fā)展起來的綜合性測繪系統(tǒng)，能夠為諸多領域內(nèi)的具體測繪活動提供豐富詳實的數(shù)據(jù)信息，同時大幅度縮減數(shù)據(jù)信息獲取的時間成本，簡化測繪數(shù)據(jù)的整體生產(chǎn)分析過程。本文從對無人機激光測量技術(shù)的概念介紹分析入手，將其在灘涂地形測量工作中的技術(shù)應用作為研究對象，在分析了灘涂地形基本概念的基礎上，將無人機激光測量技術(shù)應用于灘涂地形測量的可行性及優(yōu)勢加以具體分析，并對具體操作步驟進行全面梳理。以期對未來無人機激光測量技術(shù)的進一步發(fā)展研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞： 無人機;激光測量;灘涂地形;測量;應用

引言：隨著我國科學技術(shù)進步進程的加快，我國無人機技術(shù)的逐步發(fā)展成熟，是飛行器裝置研發(fā)設計領域的里程碑式的進步。其中，無人機激光測量技術(shù)就已經(jīng)實現(xiàn)了在地質(zhì)勘探測繪工程、交通基礎設施測繪工程、電力數(shù)據(jù)測繪工程、以及海洋測繪工程等幾大領域內(nèi)的有效實踐，并具備很多傳統(tǒng)測繪方法所不能實現(xiàn)的技術(shù)目標能力，能夠大大簡化傳統(tǒng)測量技術(shù)方法下的復雜性和測量程序冗余。

一、無人機激光測量技術(shù)的概念介紹分析

1.無人機技術(shù)的基本定義

無人機，顧名思義就是不需要由人直接進行駕駛操作的不載人飛行器械技術(shù)。無人機的“無人駕駛”功能實現(xiàn)技術(shù)，主要包括無線電遠程遙控設備技術(shù)、無人機器械本身現(xiàn)有、或者車輛搭載的計算機控制程序操縱技術(shù)等幾種方式。在當前的社會發(fā)展實踐中，相較于載人飛機，無人機的應用范圍要更為廣泛，能夠自由執(zhí)行多個行業(yè)領域內(nèi)的不同范圍任務。

無人機的概念，從技術(shù)定義的角度來講，是能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛飛行器裝置的總和，具體可以分為固定機翼飛行器裝置、垂直起降飛行器裝置、飛艇、直升機、多旋機翼飛行器裝置以及傘翼機裝置等多個具體類型。

2.無人機技術(shù)的發(fā)展歷程介紹

我國無人機技術(shù)的逐步發(fā)展成熟，是飛行器裝置研發(fā)設計領域的里程碑式的進步。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，逐步形成了兩個主要技術(shù)類型劃分。第一個類型是軍用無人機技術(shù)，主要用于軍事偵查、軍事電子技術(shù)對抗、通訊技術(shù)發(fā)展等領域，對于有效提升軍事裝備能力具有重要的實踐意義;第二個類型是民用無人機技術(shù)，主要用于農(nóng)業(yè)發(fā)展、檢查巡視技術(shù)運用、氣象觀測以及地質(zhì)勘探等領域，對有效改善人民日常生產(chǎn)生活條件、提高社會民生的運轉(zhuǎn)效率具有重要的推動作用。

3.無人機激光測量技術(shù)的相關(guān)介紹

無人機激光測量技術(shù)是基于無人機技術(shù)發(fā)展起來的綜合性測繪系統(tǒng)，能夠為諸多領域內(nèi)的具體測繪活動提供豐富詳實的數(shù)據(jù)信息，同時大幅度縮減數(shù)據(jù)信息獲取的時間成本，簡化測繪數(shù)據(jù)的整體生產(chǎn)分析過程。無人機激光測量技術(shù)可以應用于地質(zhì)勘探測繪工程、交通基礎設施測繪工程、電力數(shù)據(jù)測繪工程、以及海洋測繪工程等具體方面。

二、灘涂地形的概念介紹

1.灘涂地形的基本定義介紹

灘涂地形，是包括海灘區(qū)域、河灘區(qū)域以及湖灘區(qū)域在內(nèi)的地質(zhì)地貌形態(tài)的總和。灘涂地形通常位于以下幾種地理位置處：第一是沿海大潮區(qū)域內(nèi)、高潮水位與低潮水位之間的一片潮浸地帶;第二是河流湖泊的正常水位與洪水位之間的灘地處;第三是時令下的湖泊、河流的洪水位以下的灘地區(qū)域;第四是水庫以及坑塘等設施的正常情況下水位與其能夠形成的最大洪水位之間的灘地區(qū)域。

灘涂地形，在地理學研究中又被稱為“潮間帶”。灘涂地形受到潮汐的作用影響，有時能夠露出水平面，有時有會被水整體淹沒。通常情況下，灘涂地形的上部位置能夠露出水平面、下部位置則會經(jīng)常被水淹沒。

2.灘涂地形的開發(fā)利用實踐分析

在我國的土地開發(fā)利用實踐中，灘涂地形是重要的土地儲備資源。在我國領土范圍內(nèi)現(xiàn)有的灘涂地形面積相對較大、分布相對集中、同時區(qū)位條件相對更好，具備極其良好的能夠有效發(fā)展農(nóng)牧業(yè)、漁業(yè)等產(chǎn)業(yè)類型的綜合開發(fā)優(yōu)勢。此外，灘涂地形不僅僅在土地空間上具有良好的開發(fā)利用條件，同時還蘊藏豐富的礦物質(zhì)資源、生物資源以及海洋資源等等。我國現(xiàn)階段對于灘涂地形的開發(fā)應用實踐，主要采取的是圍墾方式。在沿海地區(qū)著力推進灘涂地形的圍墾造田項目，進而實現(xiàn)擴大農(nóng)用耕地面積的目標。

三、將無人機激光測量技術(shù)應用于灘涂地形測量的可行性及優(yōu)勢分析

1.無人機激光測量技術(shù)應用于灘涂地形測量的可行性分析

一方面，無人機激光測量技術(shù)應用于灘涂地形測量具備高度的技術(shù)可行性。實踐中，無人機激光測量技術(shù)中的測距裝置、傳感器裝置、數(shù)碼相機裝置以及其他部分裝置在灘涂地形測量項目中都能夠充分發(fā)揮其性能，協(xié)調(diào)配合形成無人機測量數(shù)據(jù)信息的綜合來源平臺。其中，傳感器裝置能夠具備穩(wěn)定良好的數(shù)據(jù)源感知性能，能夠有效控制數(shù)據(jù)信息的傳輸生成質(zhì)量;同時數(shù)據(jù)信息的獲取速度較快，測量繪制所需要的整體時間成本較小;能夠通過數(shù)碼相機裝置直接生成直觀的圖片信息，準確反映灘涂地形的變化情況等。

2.無人機激光測量技術(shù)應用于灘涂地形測量的優(yōu)勢分析

另一方面，無人機激光測量技術(shù)應用于灘涂地形測量具備明顯的技術(shù)優(yōu)勢。主要集中于能夠在空中實現(xiàn)良好的無障礙測量操作。在實踐中，傳統(tǒng)的灘涂地形測量方法會受到各種地形因素的影響，使整個數(shù)據(jù)信息的獲取過程變得更加困難，并難以有效確保所獲取數(shù)據(jù)信息的準確性。但是應用無人機激光測量技術(shù)就能最大限度改善上述問題的發(fā)生。無人機激光測量技術(shù)應用于灘涂地形的測量實踐中，可以對灘涂地形的高潮位置與低潮位置之間的高度差距進行快速確定，通過采用反距離加權(quán)插值計算方法得出灘涂地高低兩潮位之間的精確距離。并且測量與計算過程迅速、準確度高，因此與傳統(tǒng)測量技術(shù)相比具備非常明顯的優(yōu)勢。

四、無人機激光測量技術(shù)應用于灘涂地形測量的具體操作步驟

1.設計無人機激光測量的具體線路

第一步，設計無人機激光測量的具體線路。由于灘涂地形處的潮汐作用力相對要更高，因此在設計無人機激光測量線路時，應當要充分考慮潮汐因素，以海事服務相關(guān)部門所發(fā)布的權(quán)威性區(qū)域位置處的潮汐變化情況表為重要參考依據(jù)。同時，在進行無人機激光測量的路線高度確定時，還應當要以1985國家高程基準為高度確定標準。在測量前期設計好無人機激光線路高度，能夠有效確保在有限時間內(nèi)更多灘涂地形的重要數(shù)據(jù)信息。

2.設置地面位置的定位參考觀測站點

第二步，設置地面位置的定位參考觀測站點。采取GPS差分定位技術(shù)方法，在地面設置多個參考站點進行測繪制圖裝置的設定，并確保與無人機激光測量的行進方向保持同步性。同時應當注意觀測點與衛(wèi)星之間的距離測算，以便于對當前的無人機測量線路進行有效定位校正，確保符合灘涂地形數(shù)據(jù)測量的精度要求。

3.設置無人機激光測量控制點位

第三步，設置無人機激光測量控制點位。對于測量控制點位的設定，其目的在于進一步提高無人機激光測量數(shù)據(jù)的精準度，對在測量過程中可能出現(xiàn)的系統(tǒng)性誤差問題進行人工化方式的最小化處理。在無人機激光測量實踐中，應當設置二十個以內(nèi)的人工控制點位，并確保各個點位之間的分布要相互均勻，各點位之間的間隔距離通常應當控制在一千米以內(nèi)。此外，對于測量控制點位的起點測算與定位應當要進行規(guī)范化操作，并在進行灘涂地形的平面測量時，將其中一個控制點位設置成為GPS的一個平面測量點位，并將其作為其中一個測量起點點位。

4.對無人機激光測量數(shù)據(jù)進行預處理

第四步，對無人機激光測量數(shù)據(jù)進行預處理。無人機激光測量所獲取數(shù)據(jù)的預處理是一個關(guān)鍵步驟，應當要嚴格遵循數(shù)據(jù)信息的預處理程序規(guī)則。首先，要對無人機激光測量所獲取的數(shù)據(jù)信息進行全面檢查與校對，保證所獲取數(shù)據(jù)對于當前的灘涂地形測量具有相應的使用價值，并符合當前執(zhí)行的測量所需數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量標準。其次，要運用適當?shù)母倪M措施，進一步獲取灘涂地形測量相關(guān)的點云數(shù)據(jù)信息以及具備色彩模式的現(xiàn)場地圖圖像等更詳細的信息資料。最后，要對雷達數(shù)據(jù)信息的準確性和完整性進行仔細檢測與質(zhì)量評價。

5.制作灘涂地形的數(shù)字高程模型

第五步，制作灘涂地形的數(shù)字高程模型。對于灘涂地形的數(shù)字高程模型的制作，應當要以實際的地表模型作為基礎參考。灘涂地形的數(shù)字高程模型的制作實踐中，主要運用擬合產(chǎn)生的技術(shù)方法對測量過程中的回波信息進行相對更為完整的處理，確保這些信息數(shù)據(jù)能夠完整覆蓋灘涂地形區(qū)域處的不同地物類型，包括地表樹木、草叢等植被，以及地表現(xiàn)有的建設房屋等等。灘涂地形的數(shù)字高程模型制作要注意平差計算方法的使用，對各相關(guān)的位置要素進行更新處理，進而實現(xiàn)模型制作的較高精準度。

6.對無人機激光測量數(shù)據(jù)進行坐標轉(zhuǎn)換處理

第六步，對無人機激光測量數(shù)據(jù)進行坐標轉(zhuǎn)換處理。這一個步驟主要是針對部分已有坐標的處理。操作方法是使用一種相對較為特殊的坐標轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，對以上步驟測量程序中獲取的部分位置坐標數(shù)據(jù)進行有效轉(zhuǎn)換。舉例來說，對于無人機激光測量作業(yè)中獲取的高程位置坐標進行轉(zhuǎn)換時，就常常需要采取曲面擬合的轉(zhuǎn)換技術(shù)方式加以實現(xiàn)，轉(zhuǎn)換成為所需要的多項式坐標數(shù)據(jù)。同時在坐標轉(zhuǎn)換過程中還應當注意的是，要能夠創(chuàng)建與所轉(zhuǎn)換坐標相對應的同名點位，并能夠同時實現(xiàn)各個不同區(qū)域測量數(shù)據(jù)之間的相互匹配。在當前我國的操作實踐來看，對于灘涂地形的無人機激光測量，應當對可供選擇的高程坐標系進行更進一步的細節(jié)劃分，并為不同劃分種類建立與之相對應的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

7.無人機激光測量技術(shù)的完善要點

在未來對于無人機激光測量技術(shù)的改進完善研究中，應當要注重以下兩個方面的問題：第一，要從源頭上進行雷達掃描的詳細結(jié)論性數(shù)據(jù)資料的獲取方法改進，進而實現(xiàn)為具備更高可行性的決策提供可靠基礎;第二，無人機激光測量技術(shù)的地形圖繪制操作還尚不成熟，這也是未來技術(shù)進一步更新完善的重點問題之一。由此可見，無人機激光測量這項技術(shù)還存在更大的發(fā)展進步空間。

五、結(jié)語

在我國當前的技術(shù)發(fā)展實踐中，無人機激光測量技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了在地質(zhì)勘探測繪工程、交通基礎設施測繪工程、電力數(shù)據(jù)測繪工程、以及海洋測繪工程等幾大領域內(nèi)的有效應用。灘涂地形測量的技術(shù)應用就是其中之一。綜上所述，無人機激光測量技術(shù)基于外在環(huán)境條件的依賴性、約束性與限制性都是相對更低的，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的自動化測量作業(yè)水平。灘涂地形的無人機激光測量技術(shù)應用，具備很多傳統(tǒng)測繪方法所不能實現(xiàn)的技術(shù)目標能力，能夠大大簡化傳統(tǒng)測量技術(shù)方法下的復雜性和測量程序冗余。對未來無人機激光測量技術(shù)的研究，還需要不斷進行深入探索，以進一步提高測量工作的精準度、進一步縮短測量工作周期，進而實現(xiàn)測量技術(shù)的成熟發(fā)展態(tài)勢。

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