基于海岸地形無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)選型分析

■王利鋒 屈博 楊令剛

（河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊(duì) 河北 秦皇島066000）

基于海岸地形無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)選型分析

■王利鋒 屈博 楊令剛

（河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊(duì) 河北 秦皇島066000）

我國(guó)海洋測(cè)繪的相關(guān)規(guī)定中，著重要求準(zhǔn)確、及時(shí)的測(cè)繪重點(diǎn)區(qū)域和變化區(qū)域，但在實(shí)際中這些區(qū)域的面積通常較小，變化并不明顯，而且分布零散、涉及范圍非常廣，實(shí)地探測(cè)的難度很大，使常規(guī)海岸地形測(cè)繪技術(shù)和航空攝影測(cè)量技術(shù)均難以完成海岸地形測(cè)繪的任務(wù)，而無(wú)人機(jī)在靈活性、高效性以及經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)勢(shì)明顯，恰好可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的缺陷，所以無(wú)人機(jī)在海岸地形測(cè)繪方面的應(yīng)用成為可能。在此背景下，本文結(jié)合海岸地形測(cè)繪對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的性能要求，對(duì)海岸地形無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)選型問(wèn)題展開(kāi)研究，為海岸地形測(cè)量工作提供參考。

海岸地形無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)選型

目前應(yīng)用的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)通常由以無(wú)人機(jī)平臺(tái)為基礎(chǔ)的飛行控制系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)以及遙控、通信、影像獲取、信息接收與處理設(shè)備等構(gòu)成，為保證無(wú)人機(jī)平臺(tái)的質(zhì)量以及強(qiáng)度，通常選擇玻璃鋼和碳纖維的復(fù)合材料作為其加工的原材料，例如天寶UX5無(wú)人機(jī)等，由于不同類(lèi)型的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)在具體性能方面存在差異，所以在將其應(yīng)用于海岸地形測(cè)繪中之前，要結(jié)合海岸地形測(cè)繪的要求進(jìn)行合理選型，保證測(cè)繪的可操作性和準(zhǔn)確性。

1 海岸地形測(cè)繪對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的性能要求

首先，結(jié)合《海島測(cè)量規(guī)范》中對(duì)海岸地形測(cè)繪工作的要求可以發(fā)現(xiàn)，在1：2000的比例尺下，海岸地形測(cè)繪要求無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)航意義突出和一般的地物目標(biāo)的水平測(cè)量精度分別為0.8米和1.2米，對(duì)高程注記點(diǎn)的測(cè)量精度要求是0.2米，而且要求無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)可以對(duì)明礁、燈塔、航標(biāo)等地物信息進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別、信息提取等[1]?？梢?jiàn)，海岸地形測(cè)量的難度相比航空攝影測(cè)量的難度更大。其次，海洋的水平面變化較大，部分海岸帶干出灘漏出水面的面積是一直處于變化狀態(tài)中的，要保證測(cè)繪出干出灘的最大面積，理論上只有2個(gè)小時(shí)可實(shí)現(xiàn)，但在實(shí)踐中受光照等因素的影響，理想測(cè)繪時(shí)間更短，這對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性以及測(cè)繪效率等方面均提出了較高的要求。再次，海陸溫差效應(yīng)的作用下，海平面的風(fēng)速通常較大，這對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的抗風(fēng)能力應(yīng)較為突出。然后，分布雜亂的離散島礁會(huì)直接對(duì)空中三角測(cè)量精度產(chǎn)生干擾，此時(shí)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)要保證測(cè)繪的精度，需要結(jié)合雙頻GPS等定位系統(tǒng)使用[2]。另外，無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)在測(cè)繪的過(guò)程中落水的可能性較大，所以選擇的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)不僅要防水、在落水后可以自動(dòng)浮出水面，而且要具有自動(dòng)應(yīng)答功能，為落水后的尋找工作提供便利。除此之外，無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的起降模式以及數(shù)據(jù)處理能力等也要具有多元化的特點(diǎn)，保證其可以在復(fù)雜的海岸地形環(huán)境下使用，而且所獲得的數(shù)據(jù)可以被有效應(yīng)用。

2 海岸地形無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)選型分析

結(jié)合海岸地形對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的要求可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)選型的過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮以下方面：

2.1 測(cè)繪精度

所選擇的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)所獲取的航空影像分辨率要滿足1: 1000至1:5000比例尺地形圖測(cè)繪的實(shí)際需要，而且航空影像不僅在格式、形式等方面規(guī)范統(tǒng)一，而且可以通過(guò)影像對(duì)其傾斜角等信息準(zhǔn)確的判斷。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

所選擇的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的抗風(fēng)能力、飛行高度、可控距離、定位準(zhǔn)確性、起降的多樣性等技術(shù)指標(biāo)必須達(dá)到海岸地形的要求，以此保證測(cè)繪工作的可操作性。

2.3 飛行安全性

我國(guó)東部海岸地區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，建筑、人口、飛行設(shè)施的分布均較密集，所以選擇的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)在飛行的過(guò)程中，不僅要保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能的可靠性，而且對(duì)其油箱、材料等方面的設(shè)計(jì)和選材也提出了較高的要求，除此之外在無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，不能對(duì)其他的航空設(shè)備產(chǎn)生干擾的同時(shí)要有能力抵抗一般的環(huán)境干擾，進(jìn)而達(dá)到安全性要求。

2.4 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性

選擇的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的平臺(tái)、云臺(tái)結(jié)構(gòu)、飛控系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須保證穩(wěn)定性滿足要求，以此保證其可以滿足海岸地形對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)抗風(fēng)能力、轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸能力等方面的需要，提升其適應(yīng)性[3]。需要注意的是，提升無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的適應(yīng)性，除從設(shè)計(jì)角度出發(fā)外，從技術(shù)角度，提升其發(fā)動(dòng)機(jī)、雙頻GPS等關(guān)鍵設(shè)備的性能等也至關(guān)重要。

2.5 其他方面

無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的使用效果除受其自身性能的影響外，后期維護(hù)升級(jí)、作業(yè)人員技能等也至關(guān)重要，所以要保證我國(guó)具備選擇的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)配件保障、技術(shù)服務(wù)的能力。另外，要盡可能選擇應(yīng)用成熟度和市場(chǎng)占有率較高的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)，因?yàn)樯a(chǎn)此類(lèi)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的廠家通常資質(zhì)較高、經(jīng)驗(yàn)較豐富，而且此類(lèi)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的使用壽命通常較長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)通常較低。

例如，天寶UX5無(wú)人機(jī)具備全天候飛行能力，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，以碳纖骨架為主要結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是發(fā)泡聚丙烯泡沫，這種框架結(jié)構(gòu)可以確保扭轉(zhuǎn)剛度和硬度，而泡沫具有異常的壓力阻力,沒(méi)有記憶效應(yīng),換言之即使受到撞擊也會(huì)“反彈”到原來(lái)的形狀，而內(nèi)部電子骨又會(huì)受到發(fā)泡聚丙烯泡沫的保護(hù)，結(jié)構(gòu)安全性非常理想；而且升降翼上復(fù)合纖維部分、垂直翼尖上移動(dòng)和固定部分內(nèi)有模型結(jié)構(gòu)，能夠吸收能量；垂直的翼尖端和腹部采用復(fù)合材料，在著陸時(shí)摩擦地面產(chǎn)生彎曲，同樣吸收能量，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性非常強(qiáng)，還延續(xù)了GatewingX100在測(cè)量精準(zhǔn)度方面的優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)企業(yè)資質(zhì)健全，所以在海岸地形測(cè)繪方面應(yīng)用具有可行性。

3 結(jié)論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到海岸地形測(cè)繪工作和陸地地形測(cè)繪工作在開(kāi)展的過(guò)程中存在差異，前者的實(shí)地測(cè)繪難度更大，并在實(shí)際工作中有意識(shí)的結(jié)合飛行機(jī)的特點(diǎn)，進(jìn)行飛行機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，結(jié)合海岸測(cè)繪的特點(diǎn)，選擇適應(yīng)的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)完成測(cè)繪工作，這是我國(guó)海洋地形測(cè)繪水平提升的體現(xiàn)，也是我國(guó)測(cè)繪領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)成果的體現(xiàn)。

[1]郭忠磊，趙俊生，劉雁春，孫東磊援無(wú)人機(jī)的海岸地形航測(cè)技術(shù)探討 [J]援海洋測(cè)繪，2010，06：30-32援

[2]滕惠忠，申家雙，劉敏，葉秋果，張靚援海洋測(cè)繪航空攝影測(cè)量體系建設(shè)思考 [J]援海洋測(cè)繪，2015，04：11-15援

[3]裴紅松援海洋測(cè)繪遙感影像管理與服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D]援中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (北京)，2015援

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-222-1

王利鋒（1981～），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹Ｑ鬁y(cè)繪和gis等作。