無人機航測技術在河道測繪中的應用

張峰

摘要：近年來，在測繪行業發展過程中，航道測繪的任務量呈現持續增加的態勢，航道測繪的需求越來越趨向高質量測繪，傳統形式的測繪技術已經不能滿足新的測繪要求。針對當前應用的無人機航測技術中存在的諸多難點問題，文章對復雜河道地形中無人機航測技術的應用要點進行簡要論述分析，旨在為相關行業從業人員提供經驗借鑒和幫助。

關鍵詞：無人機??無人機航測??地理測繪??遙感技術??河道測繪

中圖分類號：P231???文獻標識碼：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態觀察，基本上都是人工對現場進行勘測的方法，也有通過利用衛星遙感圖像的解譯方式進行的。由于岸線的地質構造較為復雜，其中部分地段人員無法到達進行實地測量，且外業的工程量很大、費時較長。就遙感衛星影像的解譯而言，獲得的岸線數據精度可能會存在差異，不能達到高比例成像的基本條件。故此，傳統形式的測繪技術已經不能滿足新的測繪要求，需要對測繪的技術設備及人員進行創新和完善。隨著無人機技術的不斷成熟，特別是對于低空測量技術的不斷發展，利用無人機和測量系統的融合顯得尤為重要。無人機進行河道測繪能夠行之有效地提升航道測繪的質量和效率，在一定程度上減少測繪技術人員的工作量。

1?河道測繪過程中存在問題分析

在進行河道等相關水利測繪過程中經常會遇到各種各樣的困難，首先要面臨的則是河道復雜的地理環境和地質條件，在設備運輸的過程中要耗費大量的人力成本和物力成本，一旦測繪的定位信息出現偏差就會對整體測繪工作造成惡劣影響。在測繪過程中面對未知的、不確定的因素也會在一定程度上增加人員的安全隱患，遭遇惡劣天氣時也會對測繪工作帶來負面影響，甚至可能會對測繪儀器造成損害。此外，部分河道區域的位置較為偏僻，周邊環境較為惡劣，人力進入現場較為困難，且信號強度較差，在測繪過程中極容易造成數據信息的不準確，特別是在測繪設備不夠完善、人員技術水平參差不齊的情況下，往往會導致測繪工作的質量較差，測繪成果不顯著。

2?在河道測繪工作中應用無人機的優點分析

首先，對于地形地質條件較為復雜的河道而言，有效應用無人機來開展測繪工作能夠突破測繪工作的某些困難，無人機作為一種新型的高科技產品，對于環境的適應性較強，開展測繪作業的成本較低，對于部分區域人工可能不能達到的地方而言，能夠行之有效地完成人力所不及區域的測繪任務。無人機本身搭載著傳感器同樣具備著較高的分辨率，能夠對各種影像和數據信息進行收集和處理。在日常河道測繪工作中，無人機的操作難度較低，不需要開展大規模的人力工作，無人機本身的維護成本相對較低，對于無人機測繪來說，即使面對復雜多變的惡劣環境，在大多數情況下還能夠保證測繪工作的順利進行，不受到外部惡劣環境的影響，讓河道測繪工作變得簡單輕松起來。其次，無人機本身較為輕巧，能夠在較為復雜的環境中進行飛行穿梭，在數據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域進行詳細數據信息的采集。在對河道進行測繪的過程，航空拍攝測繪的效果較好，能夠清晰明了地對河道情況進行測繪并實時反饋，不需要再借助其他測繪工具輔助進行河道測繪，這就在一定程度上節約了測繪成本，并有效優化了整體測繪項目的質量和水平。無人機在河道測繪項目中的廣泛應用，也為后續其他工作的順利開展奠定了基礎。

通常應用的無人機種類一般有兩種，一種為固定翼，另一種為多旋翼。固定翼無人機利用機翼結構與動力系統的搭配而滑翔，這類無人機可以進行更加精準的操作，同時可以實現遠程的遙測作業。機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行測繪作業，固定翼無人機本身體積較大、負載能力更強，航線距離較遠，具備優良的成圖性能，使得固定翼無人機廣泛應用于大場景的測繪作業中。多旋翼無人機通常是通過3根以上的螺旋槳軸來實現飛行的，其基本運行機理是在螺旋槳軸上裝有電機，電機的工作而使螺旋槳轉動，在轉速超過某個目標數時就會形成上升方向的推動力。多旋翼無人機的旋槳總距一致，在不同速度時所產生的上升推動力也不同，從而能夠控制無人機的轉速并改變飛行速度。此類無人機的操控原理較為簡單，可以在多種環境中實現飛行降落，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。由于此無人機的飛行速度能夠調節，可以有效降低在測繪作業中遇到的危險隱患，進而保障測繪作業中技術人員的生命財產安全。

3?無人機航拍測量技術應用及特點分析

無人機是一個可以通過遙控裝置和控制系統等自備功能來實現操作的無人駕駛低空航空器，目前無人機所使用的航拍方式是在衛星遙感技術、大飛機遙感技術之后發展起來的一種新型的遙感航拍技術。無人機本身輕便靈活，操作的技術難度不高，制造成本較為低廉且能夠進行一段時間的低空飛行等技術優勢，使得無人機技術能夠廣泛應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?無人機的航拍測繪技術及主要特點分析

無人機的價格經濟性與靈活性是其中的主要特點之一，其操作靈活性較高，并且測繪的周期和地點受限制的程度不高，并不需要專業性的起降落機場來提供支持。此外，無人機的系統占用體積較小，已經發展出了較為成熟的設備技術以及技術系統；天氣狀況對于無人機測繪的影響較小，能夠滿足復雜地質條件以及云下低空飛行環境的要求，并且無人機本身具備能夠搭載分辨率較高的攝像頭，能夠采集到數量巨大的信息資源，同時還擁有極高的數字化標準以及采編性能，能夠在更大限度上滿足不同項目之間的不同要求。與此同時，無人機的后續維護工作也相對簡單，采用無人機進行工程測繪工作能夠為其安全性能提供較高保障。

3.2?無人機航測技術的主要作業流程分析

無人機飛行測繪技術從工作機制上大致包括了兩大模塊，分別為外業子系統模塊和內業子系統模塊。針對無人機飛行測繪技術的外業運行過程來說，首先，需要構建起對無人機的載體控制系統、地面飛行控制系統和數據的預處理體系；其次，要完成外在像控點的檢測工作，針對檢測中所采集到的數字資料建立空三加密模型；最后，還要完成數字化的測圖以及數字化線圖作業。在實際無人機的航測作業流程中，無人機航測人員必須對水利工程測繪的目標范圍、分辨率大小和航拍線路等做出合理的計劃。

首先是像控點的布控工作，像控點也是對攝影的信息進行加密和測圖的基本部分，因此，在野外像控點目標的選擇時要特別注意，像控點與指點點位選取的優劣直接關系到圖像計算的精確度和準確性，要采用CGCS2000坐標系統，所采用的高程是按照1985國家高程基準，在飛行監測的區域中心和4個角落區域來對象控點的布設。在測繪項目中使用了多架無人機或者是帶狀航測區域的，還應盡可能保證在不同架次的無人駕駛飛行器重復區域布設有像控點。對于像控點的理論需求來說，最低要布設3個像控點，但為了精度要求以及收集數據信息要求，則需要最少布置5個。需要測繪的區域范圍越大，則要求布設得像控點數量更多，并使用RTK技術來對象控點進行位置數據收集。

其次是無人機航路的規劃和比例尺、分辨率的相關工作。對于無人機航測技術來說，分辨率可以選擇合適的航高，根據要求來對范圍作出判斷，通過航測區的高差來對飛行高度進行確定，飛行的重疊率要在80%左右，旁向重疊率的調整范圍要在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發揮控制點的優勢，可以提高區域網格模型間的穩定性，及加密平差準確率的提升。

最后要堅持無人機飛行的安全性原則。無人機在出發前，要先對無人機的飛行器裝置進行檢測，對返航點進行位置刷新。起飛前要盡可能選取開闊無遮擋的區域進行，同時控制天線和無人機之間的位置，以減少在飛行過程中信息中斷的情況造成無人機返航。另外，還要考慮測繪的范圍內是不是屬于禁飛區域，在測量范圍之內有沒有高層大樓、信號塔及高壓線等影響無人機工作的設施，并對無人機的合理飛行高度進行確定。盡可能地將無人機起飛的地點布置在開闊平坦、位置較高的區域，并考量航線最遠處信號傳輸的相關問題。當無人機航測任務結束后，要借助于階梯式降落的方式，平穩、緩慢地降低飛行高度，規避下落過程中可能出現的旋翼機失穩問題，造成無人機墜毀事故[1-2]。

4?河道測繪工作中無人機的應用分析

4.1?高效的數據分析處理能力

在河道測繪的工作過程中，開展無人機測繪能夠有效降低測繪工程項目的成本，對于部分限制條件較高的區域也能夠進行應對作業。無人機應用在河道測繪工作中，能夠根據河道中的復雜區域地理環境，進行針對性的調整。隨著高科技信息技術和遙感技術的不斷深化發展，信息數據的傳輸和處理能力有了極大的提升，使得無人機的數據識別能力獲得了長足進步，能夠清晰準確地對數據圖像進行記載儲存，同時還能夠對儲存的數據信息和視頻影像進行一定的檢查和處理，進一步保障了河道測繪工作的工程質量。

4.2?遙感技術裝置的應用

為了能夠最大程度上保障河道測繪工作中收集到的數據信息的準確性，在測繪工作中要使得無人機的航測技術和遙感技術進行結合應用，這就在一定程度上對無人機提出了更高水平的要求，需要無人機能夠適應遙感技術，并對航測的分辨率進行有效調節，對航道路線和測繪范圍進行確定。在進行河道測繪工作之前，要對測繪區域的環境進行整體考量，對無人機航拍進行全方位、全角度的規劃，設置無人機的最大飛行高度和最遠飛行距離。對于傳感裝置而言，要能夠和無人機及時進行數據接收，能夠準確無誤地接收到航測的數據信息和影像資料。故此，在進行無人機航測之前，要對無人機的各個功能和設備進行檢查和調整，確保在測繪過程中不會出現錯誤。對于河道區域的環境與惡劣天氣等影響因素，要及時進行整體性規劃，更大限度地保障能夠與無人機進行適配，盡可能地規避在測繪過程中數據傳輸出現誤差。能夠準確接收無人機航測的數據信息是開展無人機測繪作業的前提，在遙感技術和傳感技術的共同作用下，達成無人機航測的最佳效果，確保河道測繪工作的順利開展[3-4]。

4.3?無人機航測技術的數據工作分析

無人機航測數據信息的質量好壞是河道測繪工作中極為重要的一環，數據信息的高效處理直接關系到無人機河道測繪的最終成果，因此基于數據運算的系統，對其航測的數據信息進行分析和處理，結合河道測繪工程的位置信息，對其中的詳細參數進行對比，對各個關鍵區域點的坐標進行標注。在這個過程中，要盡可能地保證數據信息的真實性和準確性，就意味著要對航測數據的質量提出更高要求。在無人機航測工作開展前，相關技術工作人員要調試好相關設備，對于測繪過程中可能會出現的相關問題做好應急方案，更大程度地發揮無人機航測的優勢，以最佳的航測效果和精確的數據分析來滿足河道測繪的相關需求，為后續水利工作項目的開展提供數據支撐，從而實現河道測繪目標并夯實基礎。

4.4?數字正射影像圖輸出（DOM）

航測中比較常用的4D技術，數據正射圖像在當前階段已完成了圖像自動化，通過無人機航拍的圖像數據，加上前期布設像控點數據，可以得到精確、高分辨率的數據正射影像。這種影像圖能夠直觀、清晰地觀察到河道基本情況，將以往比較復雜的河流現場測繪任務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，也規避了人工測繪中因視野和環境等問題而造成的測繪疏漏，進一步提升了測繪工作的精確程度[5-6]。

4.5?無人機航空測繪成果分析

運用無人機可以完成對航道測繪地形圖的有關要求，可以實現對感應器、遙感技術及相機快門的精確控制，能夠對任何測繪區域進行航空攝像測量，以此獲取最高質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據信息，為岸線的后續動態監測獲取基礎數據。此外，無人機航測技術的應用能夠對重點水域、重點河道以及岸線區域進行多頻次的監測，能夠有效彌補現有衛星遙感技術和現場勘察測繪技術手段的不足。

5?無人機航測技術應用中存在的不足之處分析

盡管無人機航測技術在河道測繪工作中有著明顯優勢，但在具體的實際運用過程中卻存在著不足。首先，無人機會面臨附近機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，空管等單位已經對機場附近區域設立了相應的禁飛區域，禁飛區域內的河流測量作業無人機將不能完成。對問題的解決方案而言，相關河道測繪部門或單位要規定出測繪工作開展的作業時間，并根據實際情況和空管機關單位進行洽談協商，為河道測繪工作提供便利已完成作業任務。其次，航測過程中可能會遭遇周邊植物和高大建筑的遮蔽。在開展無人機河道測繪工作中，難免會遇到因為地面建筑物或植被遮擋的情況，使得正射影像圖范圍內，不能精確測量出河道的真實數據信息，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行傾斜攝影測繪的方式來完成補測，確保航測數據的精準性[7-8]。

6?結語

綜上所述，在地理測繪中尤其是河道測繪工程中，應用無人機航拍測繪技術能夠有效提升數據信息的準確性，在大比例尺的地形圖繪制中能夠發揮出巨大優勢，測繪出的數據成果也能夠在更大限度上滿足精度要求，可以為當前階段的河道測繪工作提供強大的技術支撐和數據信息支撐，為后續水利工程項目的實施奠定堅實的基礎。在精度和準確度要求較高的河道測繪工作中，有效利用無人機航測技術手段是契合新時期河道工作數據信息化需要的，能夠將水利信息化、強監管要求落到實處。此外，無人機不僅能夠為河道前期治理發揮優勢作用，還能夠為水環境治理、實時監測及河道整治驗收等提供優勢便利，隨著無人機技術水平的不斷研發創新，相信在不久的未來，無人機航測技術能夠滲透到更多的行業和領域內，并發揮技術水平優勢，為我國經濟發展、地理信息采集等領域貢獻力量。

參考文獻

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