無人機(jī)航測技術(shù)的海島海岸帶測量運(yùn)用

張龍 龍成 劉芝波 楊麗麗

摘要：探討海島海岸帶測量過程中無人機(jī)航測技術(shù)的運(yùn)用，首先闡述該技術(shù)結(jié)構(gòu)與原理，了解海島海岸帶測量工作發(fā)展現(xiàn)狀，隨之從飛行設(shè)計和航空攝影、空三加密和數(shù)據(jù)采集、像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)測量、外業(yè)調(diào)繪等六個方面，總結(jié)無人機(jī)航測技術(shù)運(yùn)用的方法，憑借這一項先進(jìn)技術(shù)提高海島海岸帶測量水平。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)航測技術(shù);海島海岸帶測量;海洋經(jīng)濟(jì);地理空間信息

海島和海岸帶地區(qū)由于受到人為因素和自然環(huán)境的共同影響，外部形態(tài)變化日新月異，地理空間信息的應(yīng)用需求巨大。然而傳統(tǒng)船載作業(yè)以及人工實(shí)地測量方式效率低、強(qiáng)度大、危險系數(shù)高，已不能滿足現(xiàn)代業(yè)務(wù)的需求;基于衛(wèi)星遙感和載人飛機(jī)的航測手段使用限制較多、成本較高。如何在保證測量精度的同時尋找既高效又安全的測繪方法已成為海島海岸帶測量領(lǐng)域的一項重要課題。隨著無人機(jī)技術(shù)發(fā)展成熟，一種基于無人機(jī)平臺的航空攝影測量手段具有操作簡單、機(jī)動性強(qiáng)、成本低廉，以及更高地安全性和靈活性使其被廣泛應(yīng)用于測繪領(lǐng)域。

一、無人機(jī)航測技術(shù)構(gòu)成和原理

無人機(jī)航測技術(shù)集成了高空拍攝、遙控遙測、導(dǎo)航定位、視頻影像微波傳輸和計算機(jī)影像信息處理等新型應(yīng)用技術(shù)，由無人機(jī)（遙感設(shè)備、數(shù)傳電臺、自動駕駛儀）、地面站（地面站控制軟件、航線規(guī)劃軟件）以及野外保障裝備及附屬設(shè)施構(gòu)成。其原理是以無人機(jī)為飛行平臺，使用機(jī)載遙感設(shè)備獲取低空高分辨率影像資料，再通過內(nèi)業(yè)數(shù)字測圖軟件按照精度要求經(jīng)一系列自動化處理繪制地形圖，還可生成數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像、三維場景等多樣化數(shù)字產(chǎn)品[1]。

其主要包括飛行設(shè)計、航空攝影、像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)測量、空三加密、外業(yè)調(diào)繪、數(shù)據(jù)采集與編輯、精度檢查、數(shù)字產(chǎn)品制作。作業(yè)采用的無人機(jī)型號為HY-6R，參數(shù)如表1。調(diào)查的主要步驟包括：（1）確定任務(wù)區(qū)域;（2）準(zhǔn)確規(guī)劃航線;（3）采用RTK對測量區(qū)域四個角點(diǎn)進(jìn)行打點(diǎn)控制，并標(biāo)注醒目的標(biāo)注;（4）飛行前安全檢查;（5）按航線安全飛行并安全降落;（6）整理數(shù)據(jù)，上傳成圖。

二、海島海岸監(jiān)測現(xiàn)狀

海島海岸帶地形測繪的主要內(nèi)容包括近海陸地、干出灘、海岸線和島礁，該區(qū)域水淺礁多、灘長泥淤，受潮汐和海況影響大，是海洋測繪中的困難區(qū)域，目前的主要測量手段包括常規(guī)實(shí)地測量、衛(wèi)星遙感、航空遙感和低空無人機(jī)遙感。雖然實(shí)地測量精度高，但費(fèi)時費(fèi)力，已較少大面積使用;隨著海島海岸帶地區(qū)對現(xiàn)勢性和精度要求越來越高，現(xiàn)有衛(wèi)星遙感和航空遙感等手段已難以滿足[2]。近年來低空無人機(jī)遙感系統(tǒng)日趨成熟并在國土和海洋測繪中逐漸應(yīng)用，成為衛(wèi)星遙感與載人航空遙感的有力補(bǔ)充。

三、海島海岸帶測量中無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用

（一）飛行設(shè)計和航空攝影

綜合考慮測區(qū)海岸線走向、形狀等因素，根據(jù)規(guī)范及成圖比例尺要求，設(shè)置航線間隔和拍照曝光間隔。確保測區(qū)全覆蓋并保證影像的連接性，利用航飛控制軟件 eMotion2 制定測區(qū)飛行計劃，測區(qū)最終劃分為6個飛行架次，飛行高度約160m，飛行總時間為3h42min，飛行面積約65.3km2，獲取航空影像 1378張，所攝影像色彩均勻清晰，無云影遮擋，色調(diào)正常，反差適中，滿足設(shè)計要求[3]。

（二）像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)測量

像控點(diǎn)的布設(shè)采用區(qū)域網(wǎng)布設(shè)且均能有效控制成圖范圍，航向方向按照4-5條基線，旁向方向逐條航線進(jìn)行布設(shè)，選刺執(zhí)行CH/Z3004-2010《低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》。為檢測后期成圖精度及空三加密的使用，區(qū)域網(wǎng)內(nèi)的檢查點(diǎn)個數(shù)不少于兩個。像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)采用江蘇CORS 實(shí)時測量，采用 GPS 擬合高程。測量前對測區(qū)內(nèi)已知控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測并檢核，以保證像控點(diǎn)測量的正確性。

（三）空三加密和數(shù)據(jù)采集

空三加密和數(shù)據(jù)采集利用 Post Flight Terra 3D軟件完成，該軟件是一個由Pix4D驅(qū)動的全自動3D處理桌面軟件，可對影像進(jìn)行全自動處理，野外初始化數(shù)據(jù)檢查后（重疊控制和低分辨率投影），可生成高質(zhì)量、空間參照格式的二維和三維圖像，影像處理后可以得到 4D產(chǎn)品 DEM[4]、DOM、DLG、DSM 數(shù)據(jù)。

（四）外業(yè)調(diào)繪

外業(yè)調(diào)繪是根據(jù)所攝影像制成的放大工作底圖進(jìn)行實(shí)地調(diào)查測繪，主要是補(bǔ)測影像上沒有的地物地貌、屋檐改正、高程點(diǎn)補(bǔ)測、實(shí)地調(diào)查和注記地理名稱、檢測內(nèi)業(yè)采集的數(shù)學(xué)精度等。高程點(diǎn)在測區(qū)內(nèi)要均勻分布，像控點(diǎn)也可充當(dāng)高程點(diǎn)，平均每幅1：2000比例尺的標(biāo)準(zhǔn)圖幅里要有10-15個外業(yè)高程點(diǎn)[5]。

（五）數(shù)字產(chǎn)品制作

結(jié)合調(diào)繪資料、碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)、補(bǔ)測數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)編輯，采用南方CASS7.0成圖軟件進(jìn)行地形圖編繪。圖幅切邊前注意處理范圍線和接邊處的地物、地貌，避免圖幅切邊引起數(shù)據(jù)丟失，確保最終成果滿足出圖的需要。

（六）精度檢查

選本次作業(yè)中的11個檢查點(diǎn)，將空三加密的成果和外業(yè)采用 RTK 測量成果進(jìn)行比較，檢查點(diǎn)的平面坐標(biāo)中誤差為±0.196m，高程中誤差為±0.305m，均達(dá)到區(qū)域網(wǎng)空三加密的精度要求。選取圖上電桿、房屋拐角、道路交叉點(diǎn)等明顯地物點(diǎn)，將外業(yè)實(shí)測的坐標(biāo)和外業(yè)調(diào)繪改正的坐標(biāo)進(jìn)行對比，電桿、道路的平面精度較好，房屋的平面精度較差，所有地物的高程精度相對于平面精度略低，但都符合海洋工程地形測量規(guī)范的要求。

結(jié)束語：

無人機(jī)航測技術(shù)目前在海島海岸帶測量中是常見的技術(shù)手段，采用HY-6R型無人機(jī)，掌握其在實(shí)際測量中的優(yōu)勢，從而總結(jié)測量的可行經(jīng)驗。另外，采用無人機(jī)航測技術(shù)，也是推動海島海岸帶測量進(jìn)步與創(chuàng)新的關(guān)鍵性舉措，使得測量工作正式進(jìn)入到大數(shù)據(jù)與信息化時代，保證航測采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，為海島海岸帶的一系列工作提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]張恒.低空無人機(jī)航測在大比例尺地形測繪中的應(yīng)用研究[J].低碳世界，2021，11（08）：78-79.