无人机海洋测绘应用进展分析

2021-03-31陶卉卉吴勇剑苑克磊

工程与建设 2021年1期

林森，陶卉卉，吴勇剑，苑克磊

(国家海洋局北海预报中心，山东青岛 266000)

0 引言

在科学技术不断发展的背景下，无人机在我国各个行业的发展过程中得到了一定的应用。它作为一种先进的设备，主要是利用通信技术和遥感技术等来实现自动化，对相关的空间信息进行整合。在海洋测绘中应用无人机，能够通过获取精准的数据信息，有效完成测绘工作，加强对海洋的监测。

1 无人机在海洋测绘中应用的优势

1.1 机动响应能力强

为了进一步提高海洋测绘的准确性，加强了无人机在其中的应用。无人机的响应能力比较强，而且具有一定的机动灵活性，能够利用地面运输工具进行运输，到达目标区域后，对运输和现场组装环节进行拆分，这样能够在一定程度上提高其发射的速度。操作人员还可以采用多种灵活的发射方式，对海洋进行测绘。

1.2 目标明确，操作也比较简单

操作简单是无人机的一大特点。无人机在海洋测绘中的应用，给实际操作带来了便利，工作人员能够在这个过程中获取更加准确的目标。特别是在科学技术不断发展的背景下，无人机技术也得到了一定的创新，它的具体操作变得更加智能化和自动化。操作人员能够在控制飞行的基础上，对其飞行的路线进行提前设计，避免在飞行的过程中出现意外。同时，无人机在飞行的过程中，还能够很好地进行故障处理和诊断，将故障显示出来，在出现故障的时候，可以自动返航，保证其运行的安全性[1]。

1.3 成本小，安全系数高

与以前的海洋测绘技术比较，无人机在海洋测绘中的应用，其投入的成本相对较低，安全系数也比较高。由于无人机的形体比较小，在具体的工作过程中，其能源的消耗也会较少，危险性也会大大降低。无人机还具有操作简单的特点，这样能够避免浪费大量的时间培训操作员，操作人员在实际的操作过程中能够快速地掌握无人机应用技术。在日常的维护中，无人机所需要的维修费用也比较低。

1.4 能够获取更加精准的数据

无人机上运用了多种先进技术，它在海洋测绘中的应用，大大提高了数据的精确度，可以更加准确地获取数据信息，在保证影像具有高分辨率的基础上，对具体的信息数据进行整合。在无人机上还可以安装高精度光电成像设备，这些设备具有倾斜成像和垂直成像的功能，让所得图像空间的分辨率能够得到明显提高，从而进一步提高数据的精准性。

2 无人机海洋测绘应用的进展

2.1 地形图测绘

在应用无人机遥感技术对海洋进行测绘的过程中，主要是围绕海岸带等区域的数字模型和岸线修测等内容进行，其中的主要内容有数码相机检校、航线规划设计、内业数据处理和验收等。为了加强无人机在这些工作中的应用，技术人员对像控点的布设进行了分析，提高了测绘结果的准确性。

在具体的测绘过程中，技术人员一般采用GPS-RTK方法测定像控点的平面坐标。当RTK方法不能应用的时候，技术人员可以结合实际的测绘情况，采用GPS快速静态定位方法测量像控点。不同的像控点布控方案也会对测绘方案的顺利实施带来不同的影响。

为了提高其可操作性和测绘精度，在具体的工作过中，技术人员要根据测区地形地貌特征等内容，加强对像控点间隔距离的合理控制，在对地形起伏较大区域进行测绘的时候，要适当加密像控点。此外，技术人员在对像控点布设方案进行设计的时候，还可以采用垂直起降固定翼无人机对海洋的实际情况进行航摄，通过对具体信息和数学的分析，科学地对其方案进行设计。

空中三角测量在地形图设计过程中的应用，需要利用少量外业实测的控制点对全部影像的外方位元素进行确定，在这个过程中主要利用航空摄影技术，不断提高模型的精度以及测图的精度。在实际测绘过程中，相关的研究人员利用采集的控制点结果对测区影像进行了处理，发现其成果精度在经过空中三角测量加密处理过程以后，能够满足绘制1∶5 000 海岛礁DEM的要求。这种方式还可以对地形复杂的海岛海岸带地区进行测绘，技术人员在这个过程中需要采用GNSS+IMU来辅助空中三角测量技术，这样做的主要目的是减少对控制点的依赖，提高测绘的效果[2]。

2.2 环境监测

在以前的海洋测绘中，由于技术等因素的影响，需要人工实地测量。这种方法存在着一定的不足，对复杂的区域难以进行测绘。无人机具有快速成图、深入高危地区、高分辨率以及高重访率等优点，它在地形图测绘、环境监测、水深测量以及海洋航次测量等工作中的应用，大大地提高了测绘结果的准确性。

遥感技术是海洋环境监测过程中的主要措施，它在海洋环境监测过程中的应用，能够使用高分辨的影像数据，将沙滩垃圾类型进行有效识别，技术人员在利用这项技术进行海洋测绘的过程中，还可以在高精度DEM的基础上，结合海洋环境的实际情况构建三维模型，对海岸带等侵蚀情况进行全面监测。

为了进一步提高海洋监测工作的质量，加强无人机在其中的应用，相关的研究人员使用一个轻型无人机对海洋的环境进行了航摄，通过摄影测量方法，对正射影像数据进行了分析，还对不同地区的沙滩变化等进行了评估，对海岸带侵蚀情况等进行了全面整合。如，研究人员使用低空飞行的四旋翼无人机分对东山岛五角湾的沙滩进行了航摄，然后根据实际的航摄情况，制作了高分辨率的正射影像，对其中沙滩的侵蚀以及破坏程度进行了监测，加强了对海洋环境的保护[3]。

2.3 海冰监测

无人机在海冰观测领域也得到一定的应用。由于该领域是安全性较低的海域，所以以前的测绘方式不能对海洋实际的情况进行全面测绘。无人机遥感在海冰信息提取、海冰变化监测以及海冰融池识别等领域的应用，能够提高测绘的安全性，为研究人员提供更加准确的测绘信息。一些研究人员提出了一种基于无人机航摄的海冰追踪方法，这种方法可以对冰山和浮冰的运动轨迹等内容进行全面监测，这样不仅能够提高测绘工作的效果，还能实现海冰自动观测。

有研究人员利用无人机对加拿大北极地区海盆周边的冰面进行了航拍，对所获得的影像信息进行了深入研究，结合测绘的实际数据，通过具体计算得到了航拍区域的融池覆盖率。此外，在海洋测绘过程中，还可以利用航拍影像的三维建模功能，对其海冰表面进行分析，这样能够得到相对高程的冰面。因此，要想加强无人机在海冰监测中的应用，相关的学者还要对海冰表面粗糙度的分布规律等进行研究，从而不断提高测绘的准确性[4]。