张峰
摘要：近年来，在测绘行业发展过程中，航道测绘的任务量呈现持续增加的态势，航道测绘的需求越来越趋向高质量测绘，传统形式的测绘技术已经不能满足新的测绘要求。针对当前应用的无人机航测技术中存在的诸多难点问题，文章对复杂河道地形中无人机航测技术的应用要点进行简要论述分析，旨在为相关行业从业人员提供经验借鉴和帮助。
关键词：无人机 无人机航测 地理测绘 遥感技术 河道测绘
中图分类号：P231 文献标识码：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
就目前地理測绘的实践情况而言，对于河道测绘还存在一定的困难。以往对岸线的测量与动态观察，基本上都是人工对现场进行勘测的方法，也有通过利用卫星遥感图像的解译方式进行的。由于岸线的地质构造较为复杂，其中部分地段人员无法到达进行实地测量，且外业的工程量很大、费时较长。就遥感卫星影像的解译而言，获得的岸线数据精度可能会存在差异，不能达到高比例成像的基本条件。故此，传统形式的测绘技术已经不能满足新的测绘要求，需要对测绘的技术设备及人员进行创新和完善。随着无人机技术的不断成熟，特别是对于低空测量技术的不断发展，利用无人机和测量系统的融合显得尤为重要。无人机进行河道测绘能够行之有效地提升航道测绘的质量和效率，在一定程度上减少测绘技术人员的工作量。
1 河道测绘过程中存在问题分析
在进行河道等相关水利测绘过程中经常会遇到各种各样的困难，首先要面临的则是河道复杂的地理环境和地质条件，在设备运输的过程中要耗费大量的人力成本和物力成本，一旦测绘的定位信息出现偏差就会对整体测绘工作造成恶劣影响。在测绘过程中面对未知的、不确定的因素也会在一定程度上增加人员的安全隐患，遭遇恶劣天气时也会对测绘工作带来负面影响，甚至可能会对测绘仪器造成损害。此外，部分河道区域的位置较为偏僻，周边环境较为恶劣，人力进入现场较为困难，且信号强度较差，在测绘过程中极容易造成数据信息的不准确，特别是在测绘设备不够完善、人员技术水平参差不齐的情况下，往往会导致测绘工作的质量较差，测绘成果不显著。
2 在河道测绘工作中应用无人机的优点分析
首先，对于地形地质条件较为复杂的河道而言，有效应用无人机来开展测绘工作能够突破测绘工作的某些困难，无人机作为一种新型的高科技产品，对于环境的适应性较强，开展测绘作业的成本较低，对于部分区域人工可能不能达到的地方而言，能够行之有效地完成人力所不及区域的测绘任务。无人机本身搭载着传感器同样具备着较高的分辨率，能够对各种影像和数据信息进行收集和处理。在日常河道测绘工作中，无人机的操作难度较低，不需要开展大规模的人力工作，无人机本身的维护成本相对较低，对于无人机测绘来说，即使面对复杂多变的恶劣环境，在大多数情况下还能够保证测绘工作的顺利进行，不受到外部恶劣环境的影响，让河道测绘工作变得简单轻松起来。其次，无人机本身较为轻巧，能够在较为复杂的环境中进行飞行穿梭，在数据采集信息不完整或是较为模糊的情况下，也可以低空靠近测绘区域进行详细数据信息的采集。在对河道进行测绘的过程，航空拍摄测绘的效果较好，能够清晰明了地对河道情况进行测绘并实时反馈，不需要再借助其他测绘工具辅助进行河道测绘，这就在一定程度上节约了测绘成本，并有效优化了整体测绘项目的质量和水平。无人机在河道测绘项目中的广泛应用，也为后续其他工作的顺利开展奠定了基础。
通常应用的无人机种类一般有两种，一种为固定翼，另一种为多旋翼。固定翼无人机利用机翼结构与动力系统的搭配而滑翔，这类无人机可以进行更加精准的操作，同时可以实现远程的遥测作业。机体上面搭载了丰富的、多种类型的传感器，能够在多种天气条件下进行测绘作业，固定翼无人机本身体积较大、负载能力更强，航线距离较远，具备优良的成图性能，使得固定翼无人机广泛应用于大场景的测绘作业中。多旋翼无人机通常是通过3根以上的螺旋桨轴来实现飞行的，其基本运行机理是在螺旋桨轴上装有电机，电机的工作而使螺旋桨转动，在转速超过某个目标数时就会形成上升方向的推动力。多旋翼无人机的旋桨总距一致，在不同速度时所产生的上升推动力也不同，从而能够控制无人机的转速并改变飞行速度。此类无人机的操控原理较为简单，可以在多种环境中实现飞行降落，甚至还能够悬浮在固定的空间范围中。故此，多旋翼无人机更适合垂直降落与需要悬停的测绘场景中，例如在悬崖峭壁下的河道、落差较大的河道等。由于此无人机的飞行速度能够调节，可以有效降低在测绘作业中遇到的危险隐患，进而保障测绘作业中技术人员的生命财产安全。
3 无人机航拍测量技术应用及特点分析
无人机是一个可以通过遥控装置和控制系统等自备功能来实现操作的无人驾驶低空航空器，目前无人机所使用的航拍方式是在卫星遥感技术、大飞机遥感技术之后发展起来的一种新型的遥感航拍技术。无人机本身轻便灵活，操作的技术难度不高，制造成本较为低廉且能够进行一段时间的低空飞行等技术优势，使得无人机技术能够广泛应用在于小范围的测量和高分辨率的视频照片摄影和的信息收集流程中。
3.1 无人机的航拍测绘技术及主要特点分析
无人机的价格经济性与灵活性是其中的主要特点之一，其操作灵活性较高，并且测绘的周期和地点受限制的程度不高，并不需要专业性的起降落机场来提供支持。此外，无人机的系统占用体积较小，已经发展出了较为成熟的设备技术以及技术系统；
天气状况对于无人机测绘的影响较小，能够满足复杂地质条件以及云下低空飞行环境的要求，并且无人机本身具备能够搭载分辨率较高的摄像头，能够采集到数量巨大的信息资源，同时还拥有极高的数字化标准以及采编性能，能够在更大限度上满足不同项目之间的不同要求。与此同时，无人机的后续维护工作也相对简单，采用无人机进行工程测绘工作能够为其安全性能提供较高保障。
3.2 无人机航测技术的主要作业流程分析
无人机飞行测绘技术从工作机制上大致包括了两大模块，分别为外业子系统模块和内业子系统模块。针对无人机飞行测绘技术的外业运行过程来说，首先，需要构建起对无人机的载体控制系统、地面飞行控制系统和数据的预处理体系；
其次，要完成外在像控点的检测工作，针对检测中所采集到的数字资料建立空三加密模型；
最后，还要完成数字化的测图以及数字化线图作业。在实际无人机的航测作业流程中，无人机航测人员必须对水利工程测绘的目标范围、分辨率大小和航拍线路等做出合理的计划。
首先是像控点的布控工作，像控点也是对摄影的信息进行加密和测图的基本部分，因此，在野外像控点目标的选择时要特别注意，像控点与指点点位选取的优劣直接关系到图像计算的精确度和准确性，要采用CGCS2000坐标系统，所采用的高程是按照1985国家高程基准，在飞行监测的区域中心和4个角落区域来对象控点的布设。在测绘项目中使用了多架无人机或者是带状航测区域的，还应尽可能保证在不同架次的无人驾驶飞行器重复区域布设有像控点。对于像控点的理论需求来说，最低要布设3个像控点，但为了精度要求以及收集数据信息要求，则需要最少布置5个。需要测绘的区域范围越大，则要求布设得像控点数量更多，并使用RTK技术来对象控点进行位置数据收集。
其次是无人机航路的规划和比例尺、分辨率的相关工作。对于无人机航测技术来说，分辨率可以选择合适的航高，根据要求来对范围作出判断，通过航测区的高差来对飞行高度进行确定，飞行的重叠率要在80%左右，旁向重叠率的调整范围要在60%～80%，如需要三维模型就必须采用最高重叠率才能保证模型的精度。在航测范围内加飞的航路要与测图航路近乎垂直，这样可以在基本航线两侧发挥控制点的优势，可以提高区域网格模型间的稳定性，及加密平差准确率的提升。
最后要坚持无人机飞行的安全性原则。无人机在出发前，要先对无人机的飞行器装置进行检测，对返航点进行位置刷新。起飞前要尽可能选取开阔无遮挡的区域进行，同时控制天线和无人机之间的位置，以减少在飞行过程中信息中断的情况造成无人机返航。另外，还要考虑测绘的范围内是不是属于禁飞区域，在测量范围之内有没有高层大楼、信号塔及高压线等影响无人机工作的设施，并对无人机的合理飞行高度进行确定。尽可能地将无人机起飞的地点布置在开阔平坦、位置较高的区域，并考量航线最远处信号传输的相关问题。当无人机航测任务结束后，要借助于阶梯式降落的方式，平稳、缓慢地降低飞行高度，规避下落过程中可能出现的旋翼機失稳问题，造成无人机坠毁事故[1-2]。
4 河道测绘工作中无人机的应用分析
4.1 高效的数据分析处理能力
在河道测绘的工作过程中，开展无人机测绘能够有效降低测绘工程项目的成本，对于部分限制条件较高的区域也能够进行应对作业。无人机应用在河道测绘工作中，能够根据河道中的复杂区域地理环境，进行针对性的调整。随着高科技信息技术和遥感技术的不断深化发展，信息数据的传输和处理能力有了极大的提升，使得无人机的数据识别能力获得了长足进步，能够清晰准确地对数据图像进行记载储存，同时还能够对储存的数据信息和视频影像进行一定的检查和处理，进一步保障了河道测绘工作的工程质量。
4.2 遥感技术装置的应用
为了能够最大程度上保障河道测绘工作中收集到的数据信息的准确性，在测绘工作中要使得无人机的航测技术和遥感技术进行结合应用，这就在一定程度上对无人机提出了更高水平的要求，需要无人机能够适应遥感技术，并对航测的分辨率进行有效调节，对航道路线和测绘范围进行确定。在进行河道测绘工作之前，要对测绘区域的环境进行整体考量，对无人机航拍进行全方位、全角度的规划，设置无人机的最大飞行高度和最远飞行距离。对于传感装置而言，要能够和无人机及时进行数据接收，能够准确无误地接收到航测的数据信息和影像资料。故此，在进行无人机航测之前，要对无人机的各个功能和设备进行检查和调整，确保在测绘过程中不会出现错误。对于河道区域的环境与恶劣天气等影响因素，要及时进行整体性规划，更大限度地保障能够与无人机进行适配，尽可能地规避在测绘过程中数据传输出现误差。能够准确接收无人机航测的数据信息是开展无人机测绘作业的前提，在遥感技术和传感技术的共同作用下，达成无人机航测的最佳效果，确保河道测绘工作的顺利开展[3-4]。
4.3 无人机航测技术的数据工作分析
无人机航测数据信息的质量好坏是河道测绘工作中极为重要的一环，数据信息的高效处理直接关系到无人机河道测绘的最终成果，因此基于数据运算的系统，对其航测的数据信息进行分析和处理，结合河道测绘工程的位置信息，对其中的详细参数进行对比，对各个关键区域点的坐标进行标注。在这个过程中，要尽可能地保证数据信息的真实性和准确性，就意味着要对航测数据的质量提出更高要求。在无人机航测工作开展前，相关技术工作人员要调试好相关设备，对于测绘过程中可能会出现的相关问题做好应急方案，更大程度地发挥无人机航测的优势，以最佳的航测效果和精确的数据分析来满足河道测绘的相关需求，为后续水利工作项目的开展提供数据支撑，从而实现河道测绘目标并夯实基础。
4.4 数字正射影像图输出（DOM）
航测中比较常用的4D技术，数据正射图像在当前阶段已完成了图像自动化，通过无人机航拍的图像数据，加上前期布设像控点数据，可以得到精确、高分辨率的数据正射影像。这种影像图能够直观、清晰地观察到河道基本情况，将以往比较复杂的河流现场测绘任务迁移到了图像处理中，在更大程度上降低了测绘工作的工作量，也规避了人工测绘中因视野和环境等问题而造成的测绘疏漏，进一步提升了测绘工作的精确程度[5-6]。
4.5 無人机航空测绘成果分析
运用无人机可以完成对航道测绘地形图的有关要求，可以实现对感应器、遥感技术及相机快门的精确控制，能够对任何测绘区域进行航空摄像测量，以此获取最高质量的三维模型和正射影像，获取河道岸线周边的地形地貌数据信息，为岸线的后续动态监测获取基础数据。此外，无人机航测技术的应用能够对重点水域、重点河道以及岸线区域进行多频次的监测，能够有效弥补现有卫星遥感技术和现场勘察测绘技术手段的不足。
5 无人机航测技术应用中存在的不足之处分析
尽管无人机航测技术在河道测绘工作中有着明显优势，但在具体的实际运用过程中却存在着不足。首先，无人机会面临附近机场的禁飞地域的影响，为可以更有效保证在空中的飞行安全，空管等单位已经对机场附近区域设立了相应的禁飞区域，禁飞区域内的河流测量作业无人机将不能完成。对问题的解决方案而言，相关河道测绘部门或单位要规定出测绘工作开展的作业时间，并根据实际情况和空管机关单位进行洽谈协商，为河道测绘工作提供便利已完成作业任务。其次，航测过程中可能会遭遇周边植物和高大建筑的遮蔽。在开展无人机河道测绘工作中，难免会遇到因为地面建筑物或植被遮挡的情况，使得正射影像图范围内，不能精确测量出河道的真实数据信息，基于此原因，在生成正射像图的前提下，还可以通过对遮蔽范围进行倾斜摄影测绘的方式来完成补测，确保航测数据的精准性[7-8]。
6 结语
综上所述，在地理测绘中尤其是河道测绘工程中，应用无人机航拍测绘技术能够有效提升数据信息的准确性，在大比例尺的地形图绘制中能够发挥出巨大优势，测绘出的数据成果也能够在更大限度上满足精度要求，可以为当前阶段的河道测绘工作提供强大的技术支撑和数据信息支撑，为后续水利工程项目的实施奠定坚实的基础。在精度和准确度要求较高的河道测绘工作中，有效利用无人机航测技术手段是契合新时期河道工作数据信息化需要的，能够将水利信息化、强监管要求落到实处。此外，无人机不仅能够为河道前期治理发挥优势作用，还能够为水环境治理、实时监测及河道整治验收等提供优势便利，随着无人机技术水平的不断研发创新，相信在不久的未来，无人机航测技术能够渗透到更多的行业和领域内，并发挥技术水平优势，为我国经济发展、地理信息采集等领域贡献力量。
参考文献
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