无人机测量系统在航道测绘中的应用探讨

于洪涛

【摘要】本文通过对无人机测量系统的发展进行阐述，介绍了机载倾斜摄影和激光雷达两大测量技术，探讨了无人机测量系统在航道测绘领域特别是岸线、洲滩地形、整治建筑物等观测中的应用前景。

【关键词】无人机；测量系统；航道测绘

引言

近年来，随着长江干线航道尺度不断提升、长江电子航道图全面推广应用及数字航道加快建设，航道测绘的需求和工作量大幅增长、要求不断提高，快速测量、应急测量及航道监测的重要性日益突显，而基于传统测量技术（全站仪观测、RTK观测等）的陆域测量、地质灾害调查效率和效果上难以满足航道测绘工作发展的需要，迫切需引入更加先进的测量技术和设备以改善这种情况。随着无人机技术和装备的广泛应用，特别是低空测量技术的快速发展，无人机与测量系统的结合形成新型的测量平台，为提升航道测量科技水平、提高航道测量工作效率、降低职工劳动强度和测量快速反应能力提供技术支撑。

1、无人机测量系统的发展现状

1.1无人机激光雷达系统

机载激光雷达系统（LIDAR）由激光测高仪、GPS定位装置、IMU（惯性制导仪）和高分辨率数码照相机组成，可实现对目标物的同步测量。测量数据通过特定方程解算处理、生成高密度的三维激光点云数据值，为地形信息的提取提供精确的数据源，能够大量减少甚至不需要地面控制点，可完成高精度成图需求。激光雷达测量系统具有传统的影像所不具备的优势，是对传统方式的有效、必要、低成本的补充。

1.2无人机倾斜摄影系统

无人机航空摄影近年发展起来的一项高新技术——倾斜摄影技术，即通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。该种倾斜影像具备以下特点：1）能极大的弥补基于正射影像的不足，更加真实反映地物的实际情况；2）可直接基于成果影像进行包括高度、长度、坡度、角度等的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用；3）利用航空摄影大规模成图生产的特点，加上从倾斜影像批量提取纹理及贴纹理的方式进行建模，能有效提高建模效率、节约建模成本。

2、无人机测量系统在航道测绘中的应用探讨

2.1岸线、洲灘测量中的应用

无人机测量效率高，可以大幅度提高岸线、洲滩的测量频次和精度，进而能有效地反映岸线、洲滩变化情况。传统测量（RTK测量、全站仪测量）对于陡坎、陡岸和水洼测量较为困难，而无人机测量可无视这些困难很好地获取相应的数据。此外，无人机可以大规模、大面积获取数据，对于特征点数据的提取更为科学和精确。但在使用无人机航摄时应该注意像控点布设均匀，尽可能布设在有明显特征和参照物的地点，航线应该保证像片有一定的重叠度。

2.2码头等临河设施测量中的应用

长江沿线的码头等临河设施众多，浮式码头等经常会因水位变化，而限于以往测量手段有限，一般码头可能是几年才更新一次，且只能反映测时位置，现势性较差。而无人机测绘可快速获得码头的准确位置，为航道管理部门保护航道资源提供更为实时的数据。

2.3桥梁、架空电缆等观测中的应用

桥梁、架空电缆由于受重力、气温等的影响，极易产生形变、最低点变化的情况，采用无人机激光雷达系统可以更便捷、快速地获取高精度数据，通过定期观测，可监测其形变、最低点变化情况。

2.4植被复杂地区测量中的应用很多LIDAR系统（激光雷达系统）能记录同一脉冲的多次反射，激光束可能先打在树冠的顶端，其中一部继续向下打在更多的树叶或枝干上，有些甚至打在地面上被返回，这样就会一组多次返回的三维坐标的点记录，并分层表示，这样可更为准确的获取植被、地形数据，从而解决RTK测量在树林中信号差的情况。

2.5大比例测图中的应用

无人机摄影测量系统目前可满足1：500的大比例测图需要，成本低、工期短、精度高，能够大幅度减少外业工作量，进而提高生产效率，缩短工期；而无人机激光雷达系统可获得大量的数据点云，可生成大比例尺测图，成图精度高、效训练场高。

2.6关键的技术难题

无人机测量系统续航时间制约着大范围的观测，由于续航时间还需保证无人机安全返航，所以观测的时间相对较短。同时，无人机的安全性仍需进一步提高，以保障无人机能安全返航，特别是遇到大风、雷暴等天气，需确保无人机的飞行安全。

2.7船舶流量、地质灾害等监测中的应用

由于无人机测量系统可大规模、快速成像，可广泛应用于船舶流量监测、地质灾害监测等领域，还可以用于“非法采砂”等破坏航道行为的监测，特别是搭载激光雷达后可无视时间的限制，能有效地获取信息。

2.8航道整治建筑物观测中的应用

在枯水期部分航道整治建筑物露出水面时，可利用无人机测量系统大规模成像和获取精确点位坐标的特点，对航道整治建筑物进行监测，及时发现损毁和变化情况，也可与汛后的观测数据进行对比，分析整治建筑物的损毁、形变过程，以便相关部门进行修复工作。

2.9水深测量中的应用

无人机激光雷达系统通过发射特定的波长，可应用在水深测量中，目前已在海洋测量中有所使用，在长江悬浮质比较多的环境下，目前还难以取得较好的效果。

结语

随着无人机测量技术的持续发展和日趋成熟，无人机将在航道测量中发挥重要的作用，无人机测量系统将进一步提高测绘成果现势性和可靠性，进一步提升航道养护管理效能，进一步降低职工劳动强度，进一步增强测绘应急服务保障能力，促进航道公共服务质量和服务水平进一步提高，为加快推进长江综合立体交通走廊建设和长江经济带建设提供有力支撑。

参考文献：

[1]郑秀菊.浅析低空无人机在测绘中的应用[J].吉林农业，2012（3）.

[2]孙晓东，王晓静，张振勇.无人机航摄系统简介及应用[J].中国科技信息，2011，16.