探析無人機航測系統的海島礁測繪應用

孟曉輝

（海警北海分局保障隊，山東 青島 266000）

海島礁測繪任務由于其所處的地理位置、客觀條件和相應的測量精度標準，對拍攝技術有更高的要求。而無人機航測系統具有智能化的特點，可以滿足該項測量任務的需要。

1 無人機航測系統概述及影響因素

1.1 無人機航測系統概述

該項系統中包括硬件以及軟件兩個部分，前者涉及無人機工作的平臺、對應的控制系統、連接的遙感裝置、地面操控系統以及測速裝置等。硬件中的遙感裝置是較為重要的設備，其呈現的分辨率質量與最終形成的海島礁測圖精細程度有直接關系。后者包括地面的操控系統、檢測航線規劃程序和最終數據處理程序等。而最終數據處理程序是海島礁成圖的重要環節。該項航測系統是以無人機為載體，配合機載的遙感裝置，按照既定的航線飛行，由此得到航線下地面的真實影像。在航拍過程中，根據總航線長度進行劃分，針對同一海島礁每間隔一段距離便進行拍攝，由此能夠獲取海島礁不同角度的圖像，以形成較為完整的立體像，構建對應的3D模型。之后借助使用的測圖程序根據既定的比例尺進行數字化處理。最終得出繪制成圖，同時，也能夠生成相應的數字化信息，如高程模型、海島礁影像以及其立體場景等。

1.2 影響航測質量的因素

對于海島礁測繪任務而言，強調其最終呈現的高程精度，而干擾其最終精度的主要因素有四個方面。

首先，地面控制站。無人機在飛行期間的測量精度大部分是由地面控制系統情況決定的。同一海島礁測繪項目中，連接地面控制站的數量與最終呈現的精度呈同向變動的關系，若控制點增加，最終成圖的精度也會隨之提高。其次，無人機自身飛行的速度。無人機和機載的拍攝裝置應當相互配合，其飛行速度應滿足裝置拍攝的時間。若飛行速度相對較快，拍攝的影像會出現拖尾的問題，導致拍攝出來的海島礁變形，其對于匹配同名點有所干擾。

再次，拍攝的時間。為保證拍攝影像的清晰度，航測的工作時間應盡量定在一日中的正午左右。該階段的太陽光線屬于相對垂直的狀態，被測量物體形成的陰影面積較小。但若選擇臨近黃昏時間段，由于太陽直射的角度，會擴大被測量物體的陰影面積，且陰影也會有所變形，進過自動數據處理后，會存在較大的誤差，影響成圖的精度。此外，對于海島礁的回測項目，需要得到相應的海岸以及灘涂的數據，因此，拍攝任務的時間應定在海島礁退潮的時間段。

最后，氣象條件。無人機航測需要在云層下方進行，因此，當地云層的情況不會對其作業造成較大的干擾，即使在云層較厚等情況下，也能完成既定的航測工作。雖然氣象對無人機本身的飛行無明顯影響，但會干擾拍攝數據的質量。若在能見度高且無云層遮擋的情況下，拍攝圖像的辨識度會有所提高，相應的同名點匹配效果更好，航測精度、光線亮度以及整體色調都會有所提升。

1.3 國內應用情況及與他國差距

近幾年，我國在該項技術上的應用已經取得較好的成績，在自然災害、城市數據收集以及國土資源調查等方面有所應用。該項技術在國內已經得到有效的技術改良，并擁有較為豐富的實踐經驗，以及較為廣闊的發展前景。但我國與其他國家相比，相關的監管政策較為落后，低空空域的開放情況存在一定的滯后性，不利于該項技術的大規模發展。

2 無人機航測系統在海島礁測繪中的實際應用

2.1 項目概況

項目為某海島航測工作，被檢測的海島面積在1km2左右，東西長0.9km，南北跨度2.2km，與陸地的距離大約在8km，需要應用到無人機進行航測，根據航測數據，完成1：1000的地形圖。根據無人機航測結果，海島礁的最高點海拔60m，坡度在15°。鑒于島內環境復雜，樹木較多，為提升整體航測水平，應用了美國Trimble UX5 HP固定機翼的無人機，并且搭載專業化的傳感裝置和相機，確保海島礁測繪工作的有序開展。

2.2 飛行設計及航空攝影

測繪數據獲取中，對飛行方案進行選擇，重點設計飛行高度和路線，并且對攝影間隔時間進行嚴格控制。在飛行路線的設計中，綜合考慮地形和地貌因素，將無人機的航行高度控制在200m，航向重疊度在65%，滿足圖形比例尺結構和設計規范要求。航行過程中，將拍攝間隔設計在2s。相關人員利用Accesse軟件，對飛行方案進行優化。方案設計中，預計應用兩架無人機、飛行時間控制在58分鐘，共計拍攝了156張海島礁遠景圖像，圖像色彩度飽和、清晰無遮擋，與地形圖的制作要求相符合。

2.3 像控點及檢查點測量

對像控點進行控制，可以通過局域網的方式實現，具體操作中，需要在航向和周邊重合區域內，每間隔6條基線設計一個控制點，確保所有像控點在合理范圍內。確保后期制圖精準度，需要對區域內的檢查點進行布設，一般情況下，檢查點應超過兩個，位置選擇應滿足成像要求，并且注重在航向范圍內，對像控點和檢查點進行優化。利用海南HiCORS對像控點和檢查點位置坐標進行確認，為進一步控制無人機成像的精準度，需要選擇至少3個有效控制點，并且對控制點進行測量，提升測繪工作效率。

2.4 內業數據的收集方式

測繪過程中，使用天寶TBC測量軟件，對數據進行收集與整理。軟件應用可及時準確生成拍攝的海島礁圖像，致力于提升加密測量和立體繪圖效率，實現相關操作的自動化與數字化。影像數據經過技術處理后，可形成質量較高的二維圖像和三維立體結構，促使數據資源得的高效應用。對相關部分進行技術應用，利用高分辨率投影和重疊控制技術，對圖像進行優化。實踐中，海島示意圖可通過DOM、DSM和DLG等多種形式測繪技術進行繪制。數據信息獲取方式直接影響制圖工作，在海島礁測繪中，應對數據收集方式進行優化，通過對無人機飛行時間和面積進行調整，確保數據信息獲取更加全面，同時，對數據信息的真實性與可靠性進行研究，必要時，可多次使用無人機對同一區域進行測繪，并且對不同飛行環境下的地形數據信息進行對比，明確其中存在的差異，致力于提升測繪數據有效性。對相關數據收集過程也需要進行監督和管理，重點加強無人機性能檢查和工況條件分析。同時，海島測繪數據收集中，應避開霧天和雨天，避免圖形信息模糊，數據資源不準確、不全面問題發生。為達到地形圖制作目標，也需要對數據收集方案進行控制，利用先進技術更新無人機系統，提升數據獲取能力。

2.5 外業調繪及編輯成圖

針對無人機測繪圖像中未能呈現的局部地形和地貌特征，應進行補充，此時，需要應用外業調繪和編輯技術。外業調繪技術應用主要是對地形結構進行改正和補充，并且可對點狀地物進行補測、調查其屬性等。具體測繪中，需要對方法和技術進行完善，通過將制作的攝像圖進行放大，發現圖形結構中存在的主要問題，并且結合現有技術對其進行補充，確保地形圖準確完整，具有較高的參考價值。當外業調繪完成后，需要結合測繪數據和相關資料圖，對地形圖進行編輯，此時，可利用南方CASS7.0成圖軟件進行編輯，確保圖形繪制更加科學有效。

實踐中，對檢測點的誤差值進行統計，相關誤差主要產生在平面位置和高程上，相關人員應參考《低空數字航空攝影測量業內規范》和海洋工程地形測量要求，對圖形進行補充，確保圖形精準度獲得提升，滿足實際應用要求。同時，在測量工作中，應認識到圖形編輯的重要性，善于利用合適的編輯軟件，對地形圖進行調整，提升無人機測繪在海島測繪中的使用價值。對測繪技術進行應用，需要重點考慮圖形精準度問題，對相關圖形進行技術補充，明確無人機測繪中存在的不足，是目前工作重點。相關人員應認識到無人機測繪系統應用優勢，對像控點進行位置優化，利用先進技術對其進行測量，并且收集相關測量數據和拍攝資料。為地形圖制作提供可靠依據。

2.6 精度分析

對無人機測繪精度進行嚴格要求，是提升無人機測繪工作效率的關鍵，需要對加密精度和測圖精度進行分析。對加密精度分析，隨機選擇了航行范圍內5個檢查點，精度分析中，將外業實測的檢查點作為標準真指，將控制點的坐標值控制在計算值，并且對其中的差值進行校驗，提升驗證效果。在影像處理中，應用了DSM技術，在正射影像圖生均勻布置了5個檢測點，并且對檢測目標進行分析，明確其坐標值。在DSM上，測量了具體高程，將測量數據與外業測繪結果進行對比，對其中存在的誤差進行控制，提升平面精準度和高程精準度，使得地形圖繪制更加準確。實踐應用中，測量精度進行分析具有重要意義，不僅提高了測繪人員的重視程度，也可以促進技術升級，對無人機測繪系統進行升級，重點優化照相設備和傳感裝置，提升圖形數據獲取質量。

3 結語

通過上述對無人機航測系統及其實踐應用進行分析，可以通過該項技術獲取海島礁的相關數據，對于后續的開發項目提供更準確的參考數據。該項技術打破了常規的測繪模式，在海島礁的測繪項目中表現出較好的發展前景。