無人機傾斜攝影測量技術在航道測繪中的應用探究

石江濱

（黑龍江省航道事務中心，黑龍江 哈爾濱 150026）

我國國土面積遼闊，擁有大量的河流和海岸線，尤其是長江干線更是我國的主要內陸航道。隨著長江干線航道尺度的不斷提升以及數字化航道建設速度的不斷加快，航道測繪的工作量持續(xù)增加，并對航道應急測量、快速測量以及航道監(jiān)測的工作質量提出了更高的要求。在現(xiàn)階段的時代背景之下，傳統(tǒng)的航道測繪技術所存在的弊端和不足之處愈發(fā)突出和明顯，已經無法滿足現(xiàn)階段的測量需求，急需引入全新的測量技術來改善測量質量。無人機測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)測量系統(tǒng)的融合可以構成全新的測量平臺，能夠顯著提高航道測繪的科技水平和工作效率，從而在保證測量質量的基礎上，大幅度減輕工作量和工作壓力。在這一背景之下，加強對于無人機傾斜攝影測量技術在航道測繪中的應用分析，對于進一步提高我國航道測繪水平有著一定的現(xiàn)實意義。

1.無人機測量系統(tǒng)的現(xiàn)狀

無人機是由遙控設備所操控的無人飛行器，其最早誕生于上個世紀20年代，主要用于靶機訓練，后續(xù)被逐步應用于軍事領域，直至21世紀末期才逐步轉入民間使用。上個世紀90年代，歐美等發(fā)達國家開始認識到了無人機的商業(yè)價值，逐步加強了研發(fā)力度和投資規(guī)模，這也從根本上推動了無人機技術的迅速發(fā)展。無人機技術在我國的起步時間較晚，初期階段以國外技術進入為主，且早期階段主要集中于軍事領域。近幾年，無人機商業(yè)化進程飛快，在技術優(yōu)勢的推動之下，其制作成本、操作精度以及體積大幅度降低，并形成了無人機規(guī)模產業(yè)，誕生了諸多國產無人機品牌?，F(xiàn)階段，除了軍事以及個人愛好之外，無人機主要應用于測量測繪領域，其自身的技術特征意味著可以適應多樣化的天氣和地形地勢，從而獲取傳統(tǒng)測繪技術無法獲取的地理信息數據[1]。

1.1 無人機傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術是一種新興的測量技術，其主要通過無人機飛行平臺為主要載體，利用多臺傳感器實現(xiàn)攝影測量，能夠對特定無盡進行傾斜、垂直等多角度影像采集，進而獲取高精準度的物體信息。無人機傾斜攝影測量技術的技術特征主要包括以下三點：一是彌補正射影像缺陷。在傳統(tǒng)的測量技術體系當中，正射影像為主要的影像形式，正射影像雖然能夠反映特定物體的表面特征和相關信息，但其自身存在明顯的缺陷和不足之處，尤其是存在影像盲區(qū)，不利于獲取真實的數據信息。而無人機傾斜攝影測量技術的應用則可以實現(xiàn)更多角度的影像測量，最終所獲取的影像數據能夠真實反映物體的具體情況，從而有效彌補了正射影像的不足之處。二是多功能測量。無人機傾斜攝影測量技術可以在基本影像數據的基礎上，進一步對特定物體的坡度、高度、角度和程度進行綜合性測量，而這一技術優(yōu)勢也決定了技術本身的地位和適應范圍，這也是決定其應用范圍廣闊的主要原因。三是降低建模成本。依據測量測繪數據構建三維模型是航道測繪的主要工作環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的建模環(huán)節(jié)費時費力，且整體成本較高，效率較低。而無人機傾斜攝影測量技術的應用則可以與航空攝影相互結合，通過批量提取紋理的方式來構建三維模型，建模成本大幅度降低，建模效率大幅度提升[2]。

1.2 無人機激光雷達系統(tǒng)

無人機激光雷達系統(tǒng)由數碼照相機、定位系統(tǒng)、激光測高儀和IMU等設備構成，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對特定物體的全面測量，且測量結果可以實時反映在特定的計算機設備當中，從而為用戶提供高精準度的地形地勢數據。激光雷達系統(tǒng)與傳統(tǒng)的定位測量系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢，尤其是對于地面控制點的需求量較低，且測量精度較高、效率更高、成本更低，這也意味著激光雷達系統(tǒng)具有普適性的特征，可以應用于多種工程測繪當中。

2.無人機傾斜攝影測量技術在航道測繪中的應用

2.1 測量植被復雜地區(qū)

無人機激光雷達系統(tǒng)具有同一脈沖多次反射的基本特征，而測量植被復雜地區(qū)時，激光照射在樹葉、樹干以及地面時會持續(xù)多次返回，最后也意味著在測量同一區(qū)域時可以獲取一組多次返回數據構成的三維坐標點，并具有明顯的層次性。反觀傳統(tǒng)測量技術RTK測量，其在測量植被復雜地區(qū)時會頻繁出現(xiàn)數據信號差的情況，不僅測量效率較慢，且測量精度明顯不足，不適合應用于航道測繪工程當中[3]。

2.2 測量臨河設施

以長江為例，長江的整體長度較長，跨越了多個省市，且整個長江干線的沿岸分布著諸多的碼頭等臨河設施。需要注意的是，長江沿岸的大部分碼頭為非固定碼頭，即浮式碼頭，當長江干線的水位發(fā)生變化時，碼頭的具體位置、高度等均會發(fā)生改變。在長江沿線設施較多的情況下，若采取傳統(tǒng)的測繪技術，則需要數年時間才能夠實現(xiàn)對整個巷道情況的更新，且測量結果僅僅能夠反映測量階段的具體狀況，不具備實時性，無法反映實時信息。無人機測繪技術的應用不僅可以有效彌補傳統(tǒng)測繪技術效率慢、周期長等弊端，且能夠實現(xiàn)對碼頭等臨江設施的實時數據獲取，從而為航道管理工作提供更加準確的數據信息。

2.3 測量岸線、洲灘

使用無人機測量技術測量航道時，可以準確反映岸線、洲灘的具體變化情況，數據準確性較高。而傳統(tǒng)的全站儀測量和RTK測量則在測量陡岸時具有明顯的缺陷和不足之處，測量成本的花費與測量效果不成正比。此外，無人機測量技術所獲取的數據信息種類較多、數據多大，能夠多角度反應岸線、洲灘的真實情況，對比傳統(tǒng)的特征點數據測量方法而言，無人機測量的規(guī)范性更加明顯。需要注意的是，在使用無人機測量岸線、洲灘時，需要注重對布控點的有效把握，盡量確保布控點周圍有明顯參照物，以確保航線能夠與測量照片保持較高的重疊度[4]。

2.4 測量水深

水深測量主要依靠于無人機激光雷達系統(tǒng)，激光雷達系統(tǒng)能夠向特定航道區(qū)域發(fā)射特定長度的波長，并依據激光反射數據來對水深作出判斷。水深測量功能目前在淡水航道中的應用效果不佳，這主要是因為淡水航道中往往具有大量的懸浮雜質，實際測量過程中容易對激光反射效果形成干擾，最終的測量精度也容易受到客觀因素影響。由此可見，水深測量對水文條件有著較高的要求，該功能更加適合應用于海水航道測量，后續(xù)依然存在較大的技術改進空間。

2.5 測量架空電纜和橋梁

架空電纜和橋梁均是航道測繪中的主要測量對象，此類建筑往往會在客觀因素的影響之下出現(xiàn)最低點變化和形變，如溫度、重力等均是主要的影響因素。在使用無人機測量架空電纜和橋梁的位置時，最低點測量是主要的測量項目，整個測量過程較為簡單，測量效率較高，且數據結果準確。正因如此，無人機測量技術目前已經成為了測量架空電纜和橋梁最低點變化和形變的主要手段，其不僅可以應用于航道測繪當中，架空電纜和橋梁的管理維護工作也會應用到無人機測量技術[5]。

2.6 測量地質災害、船舶流量

與傳統(tǒng)測量測繪技術相比較，無人機測量的優(yōu)勢在于能夠獲取大規(guī)模成像，且測量效率較高，基本上可以實現(xiàn)實時測量。正因如此，無人機測量技術在地質災害和船舶流量監(jiān)控中具有較高的應用價值，尤其是在激光雷達系統(tǒng)的參與之下，整個監(jiān)控環(huán)節(jié)將不再受到時間和空間的限制，可以根據實際需求隨意獲取任何階段和任何區(qū)域的數據信息。對于航道測繪工作而言，地質災害和船舶流量測量具有一定的現(xiàn)實意義，其對于航道管理工作的開展有著積極的影響作用。

2.7 測量航道整治建筑物

部分航道整治建筑物具有典型枯水期特征，即在枯水期階段才會露出水面，這一階段可以通過無人機測量技術對整個航道內部的整治建筑物進行數據采集，包括建筑物成像和坐標定位等，從而全面了解航道整治建筑物的具體狀況和損壞情況，并結合歷史數據參數，對整治建筑物進行全面分析，最終的分析結果可以反饋給相關修復部門，由專業(yè)的修復部門完成對巷道整治建筑物的修復工作。對于干線較長的航道而言，應用無人機測量整治建筑物的優(yōu)勢十分明顯，可以彌補傳統(tǒng)測量技術的缺陷。

2.8 大比例測圖

無人機測量技術在大比例測圖中的技術優(yōu)勢較為明顯，一般可以完成1∶500的測圖工作，有特殊需求的情況下還可以將這一比例進一步提升。無人機測量技術自身所需要的測量周期階段、成本較低、數據精準度較高，可以有效減輕測繪人員的外出工作壓力和工作量，從而確保在規(guī)定時間范圍內完成測圖工作。此外，無人機激光雷達系統(tǒng)可以通過雷達技術獲取數據點，輔助大比例測圖工作的開展，從而大幅度提高圖像精準度。

2.9 技術缺陷分析

無人機測量在實際應用過程中的主要技術缺陷集中在續(xù)航時間方面，尤其是在開展大范圍測量工作時會呈現(xiàn)出續(xù)航時間明顯不足的狀況。續(xù)航問題的存在也造成了一定的安全隱患，無法保障在規(guī)定時間范圍內完成測量工作。即便是在保證電力供給充足的情況下，長時間持續(xù)性的運行也會對無人機的動力系統(tǒng)造成一定的影響和損壞。此外，無人機測量技術的應用容易受到客觀天氣條件的影響和限制，尤其是存在雷電、強降水和大風天氣時，無人機自身的安全性將受到直接的威脅。

3.結語

綜合來看，無人機傾斜攝影測量技術在航道測繪工程中具有較高的應用價值，相關部門需要客觀看待無人機技術的優(yōu)缺點，結合實際工作需求，合理應用無人機測量技術。