無人機測量系統在航道測繪中的應用探討

于洪濤

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

【關鍵詞】無人機；測量系統；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用及數字航道加快建設，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、應急測量及航道監測的重要性日益突顯，而基于傳統測量技術（全站儀觀測、RTK觀測等）的陸域測量、地質災害調查效率和效果上難以滿足航道測繪工作發展的需要，迫切需引入更加先進的測量技術和設備以改善這種情況。隨著無人機技術和裝備的廣泛應用，特別是低空測量技術的快速發展，無人機與測量系統的結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能力提供技術支撐。

1、無人機測量系統的發展現狀

1.1無人機激光雷達系統

機載激光雷達系統（LIDAR）由激光測高儀、GPS定位裝置、IMU（慣性制導儀）和高分辨率數碼照相機組成，可實現對目標物的同步測量。測量數據通過特定方程解算處理、生成高密度的三維激光點云數據值，為地形信息的提取提供精確的數據源，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。激光雷達測量系統具有傳統的影像所不具備的優勢，是對傳統方式的有效、必要、低成本的補充。

1.2無人機傾斜攝影系統

無人機航空攝影近年發展起來的一項高新技術——傾斜攝影技術，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在行業中的應用；3）利用航空攝影大規模成圖生產的特點，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、節約建模成本。

2、無人機測量系統在航道測繪中的應用探討

2.1岸線、洲灘測量中的應用

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的數據。此外，無人機可以大規模、大面積獲取數據，對于特征點數據的提取更為科學和精確。但在使用無人機航攝時應該注意像控點布設均勻，盡可能布設在有明顯特征和參照物的地點，航線應該保證像片有一定的重疊度。

2.2碼頭等臨河設施測量中的應用

長江沿線的碼頭等臨河設施眾多，浮式碼頭等經常會因水位變化，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據。

2.3橋梁、架空電纜等觀測中的應用

橋梁、架空電纜由于受重力、氣溫等的影響，極易產生形變、最低點變化的情況，采用無人機激光雷達系統可以更便捷、快速地獲取高精度數據，通過定期觀測，可監測其形變、最低點變化情況。

2.4植被復雜地區測量中的應用很多LIDAR系統（激光雷達系統）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、地形數據，從而解決RTK測量在樹林中信號差的情況。

2.5大比例測圖中的應用

無人機攝影測量系統目前可滿足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工作量，進而提高生產效率，縮短工期；而無人機激光雷達系統可獲得大量的數據點云，可生成大比例尺測圖，成圖精度高、效訓練場高。

2.6關鍵的技術難題

無人機測量系統續航時間制約著大范圍的觀測，由于續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、地質災害等監測中的應用

由于無人機測量系統可大規模、快速成像，可廣泛應用于船舶流量監測、地質災害監測等領域，還可以用于“非法采砂”等破壞航道行為的監測，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大規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測，及時發現損毀和變化情況，也可與汛后的觀測數據進行對比，分析整治建筑物的損毀、形變過程，以便相關部門進行修復工作。

2.9水深測量中的應用

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

結語

隨著無人機測量技術的持續發展和日趨成熟，無人機將在航道測量中發揮重要的作用，無人機測量系統將進一步提高測繪成果現勢性和可靠性，進一步提升航道養護管理效能，進一步降低職工勞動強度，進一步增強測繪應急服務保障能力，促進航道公共服務質量和服務水平進一步提高，為加快推進長江綜合立體交通走廊建設和長江經濟帶建設提供有力支撐。

參考文獻：

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