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我國長江干線航道的尺度逐漸提高，航道數(shù)字建設(shè)和長江電子航道推廣運(yùn)用也在不斷建設(shè)，航道測繪所花工作量也在逐年攀升，對干線航道的應(yīng)急測量、快速測量和航道監(jiān)測工作質(zhì)量加以重視更為緊要。然而沿用傳統(tǒng)的測量技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和測繪工作已無法滿足當(dāng)前航道測繪工作發(fā)展的需求，應(yīng)重視優(yōu)化引進(jìn)先進(jìn)的測量設(shè)備與技術(shù)以改善工作效率不佳的情況。無人機(jī)測量系統(tǒng)是將無人機(jī)低空測量技術(shù)運(yùn)用到測量系統(tǒng)中，將其結(jié)合形成新型的測量平臺，有效提高航道測量的科技水平和工作效率，也能讓工作人員的工作量有所減少，使航道測量有科技支撐。

一、無人機(jī)測量系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)是通過無線遙控設(shè)備和機(jī)器所在程序進(jìn)行不載人飛機(jī)的控制，包括無人飛艇、多旋翼飛行器、無人直升機(jī)、固定翼機(jī)、無人傘翼機(jī)等。在20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了最早的無人機(jī)，當(dāng)時無人機(jī)被用于靶機(jī)訓(xùn)練，在軍事中得以使用，直到后來才轉(zhuǎn)回民間使用。20世紀(jì)90年代起，發(fā)達(dá)國家才逐漸認(rèn)識到無人機(jī)的發(fā)展空間和重要性，開始重視對無人機(jī)的研制，這讓無人機(jī)的發(fā)展得到前所未有的進(jìn)步。

我國無人機(jī)航攝遙感系統(tǒng)的研發(fā)工作是從20世紀(jì)末開始的，在結(jié)合國外先進(jìn)技術(shù)的同時，不斷進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，使我國無人機(jī)測量系統(tǒng)能適應(yīng)復(fù)雜多變的天氣和崎嶇的地形，并準(zhǔn)確獲得相應(yīng)地理信息數(shù)據(jù)，這讓傳統(tǒng)航空攝影測量手段中的缺陷得到彌補(bǔ)。當(dāng)前，無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)與無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)是最重要的2個無人機(jī)發(fā)展方向。

⒈無人機(jī)傾斜攝影測量系統(tǒng)

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是近幾年才逐漸興起的一項(xiàng)新興技術(shù)，它利用多臺傳感器通過相同的飛行平臺作為搭載，并對某一特定物體進(jìn)行傾斜和垂直等不同角度進(jìn)行影像采集，進(jìn)而獲得非常準(zhǔn)確的物體信息。這種無人機(jī)傾斜攝影具有3個主要的特點(diǎn)：⑴該傾斜攝影能修正正射影像的缺陷，讓攝影實(shí)物被如實(shí)反映出來，使實(shí)物更貼切于真實(shí)情況；⑵它可在已有的成果影像基礎(chǔ)上進(jìn)行坡度、高度、角度與長度的測量，使得傾斜攝影技術(shù)被其他行業(yè)所重視與應(yīng)用；⑶將航空攝影大規(guī)模沖突的特征與傾斜攝影批量提取紋理的方式結(jié)合建模，能有效節(jié)省建模成本，使建模效率大大提升。

⒉無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)

無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)主要有高分辨率數(shù)碼照相機(jī)、GPS定位裝置、激光測高儀和IMU等構(gòu)成，它能完成對所測物體的同步測量，測量過程中獲得的數(shù)據(jù)在相應(yīng)方程式的處理下生成高密度的三維激光電源數(shù)據(jù)，直接給用戶提供所需地形的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，通過無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的測量可以使地面控制點(diǎn)的選取大大減少，最終測量精度也變高。無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)比傳統(tǒng)攝像更高效，且所花成本更低，因此也極受重視。

二、航道測繪中運(yùn)用無人機(jī)測量系統(tǒng)的討論

⒈航道測繪的特征

航道測繪工作是航道養(yǎng)護(hù)工作的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行航道規(guī)劃航道管理、航道建設(shè)、航道養(yǎng)護(hù)、航道施工等多項(xiàng)工作的重要保障，通過航道測繪能完成流速、流向的觀測工作、水深測量工作、路與地形測量工作和建筑物觀測工作，類似橋梁、岸線、洲灘、碼頭、植被、整治建筑物、過江電纜等都利用傳統(tǒng)的RTK作為測量工具，利用全站儀作為觀測工具，這種傳統(tǒng)的測量觀測成本較高且達(dá)不到良好的工作效果，最終得到的產(chǎn)品精度也偏低，再加上水岸交界處通常為陡岸、陡坎等，測量人員進(jìn)行建筑觀測時無法到達(dá)對應(yīng)的準(zhǔn)確地點(diǎn)，工作效率偏低，且給工作人員的人身安全帶來一定風(fēng)險。就長江沿線來講，許多碼頭的航標(biāo)會由水位變化而發(fā)生一定程度的變化。此外，電子航道的優(yōu)化更新與航道應(yīng)急測量工作的需求表明，當(dāng)前航道測繪急需快速測量，且需要有優(yōu)秀的技術(shù)與裝備進(jìn)行保障。

⒉無人機(jī)測量系統(tǒng)的運(yùn)用

就長江沿岸來講，長江所跨區(qū)域大，且呈帶狀分布，形狀呈狹長形，長江沿岸所用的無人機(jī)測量測圖比例在1:5000～1:10000，由于測繪圖的比例尺偏小，可利用固定翼無人機(jī)對其進(jìn)行測量。

⑴運(yùn)用于植被復(fù)雜地區(qū)的測量。當(dāng)前，使用的無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)多數(shù)都能對同一脈沖的多次反射進(jìn)行記錄，激光束可能被打到樹葉與樹干上，或是打到樹冠的頂端部分，還可能打到地面被照回。如此就會得到一組多次返回的三維坐標(biāo)點(diǎn)，且出現(xiàn)分層，這讓測量植被復(fù)雜地區(qū)的地形數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，有效彌補(bǔ)RTK測量中存在數(shù)據(jù)信號差的問題。

⑵運(yùn)用于碼頭等臨河設(shè)施的測量。長江所流經(jīng)的省市較多，因此在長江沿線的碼頭數(shù)量也非常多，許多浮式碼頭常常會由于水位的變化而發(fā)生改變，根據(jù)傳統(tǒng)的測量手段進(jìn)行碼頭等臨河設(shè)施測量工作往往需要長達(dá)幾年的時間才能進(jìn)行一次更新，且測量信息只能對當(dāng)時測量的位置作出反應(yīng)，沒有良好的實(shí)效性。而當(dāng)前用無人機(jī)進(jìn)行測繪能對碼頭的數(shù)據(jù)信息快速獲取，進(jìn)而給航道管理部門的資源保護(hù)提供更為準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)。

⑶運(yùn)用于岸線、洲灘的測量。通過無人機(jī)進(jìn)行航道測繪能有效提高工作效率，使長江沿岸的岸線和洲灘的測量精度得到大大提升，這對真實(shí)反映洲灘與岸線的變化情況有明顯幫助。利用傳統(tǒng)測量比如全站儀測量和RTK測量來測量陡岸、陡坎會具有一定難度，而利用無人機(jī)進(jìn)行測量則能對這些難以通過人工采集信息的地方做到精確的數(shù)據(jù)獲取。另外，無人機(jī)測量還能獲得大量的信息數(shù)據(jù)，這對于對比特征點(diǎn)數(shù)據(jù)來講更具科學(xué)性和規(guī)范性?？墒牵诶脽o人機(jī)進(jìn)行航拍時要重視設(shè)置均勻的布控點(diǎn)，保障布控點(diǎn)設(shè)置具有明顯的參照物和特征，且確保航線與相片的重疊度保持在一定范圍內(nèi)。

⑷運(yùn)用于水深測量中。無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)可通過發(fā)射規(guī)定長度的波長進(jìn)行水深測量，當(dāng)前已將無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)用到海洋測量中，由于長江流域中含有較多的懸浮雜質(zhì)，因此在長江流域運(yùn)用無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的效果還沒有非常明顯。

⑸運(yùn)用于架空電纜、橋梁的測量。架空電纜和橋梁這部分建筑會受到外界溫度變化和重力的影響而發(fā)生最低點(diǎn)變化與形變，通過無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)對電纜和橋梁的位置變化情況進(jìn)行測量，從而獲得更精確的數(shù)據(jù)，在無人機(jī)定期測量下監(jiān)測架空電纜與橋梁最低點(diǎn)和形變的變化情況。

⑹運(yùn)用于地質(zhì)災(zāi)害、船舶流量的測量。通過無人機(jī)進(jìn)行測量能夠獲得大規(guī)模的成像且非常迅速，因此可將無人機(jī)測量系統(tǒng)運(yùn)用到船舶流量監(jiān)測與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對航道中非法采沙行為的監(jiān)測，尤其是該系統(tǒng)增加激光雷達(dá)后就不再受時間的限制，能獲取任何時段的數(shù)據(jù)信息。

⑺運(yùn)用于航道整治建筑物的觀測。許多航道整治建筑物會在枯水期露出水面，此時可利用無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)對航道整治建筑物進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，完成大規(guī)模成像和點(diǎn)位坐標(biāo)定位，完成檢測工作，對航道整治建筑物的變化情況和損毀情況進(jìn)行統(tǒng)計，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)作出分析，然后將分析數(shù)據(jù)報給相關(guān)修復(fù)部門，從而完成對航道整治建筑及時開展修復(fù)工作。

⑻運(yùn)用于大比例測圖中。目前的無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)最大能夠完成1:500的大比例測圖工作，且無人機(jī)測量系統(tǒng)的大比例操作工作所需工期較短，花費(fèi)成本較少，獲得數(shù)據(jù)精度高，能有效減少工作人員外出工作的工作量，使整體工作效率得到大幅提高。此外，無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)還能通過雷達(dá)得到無數(shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)云，進(jìn)而完成大比例尺測圖的測繪工作，讓圖像精度大大提升。

⑼重點(diǎn)技術(shù)難題。無人機(jī)測量系統(tǒng)在工作過程中明顯受到續(xù)航時間的限制，尤其是在進(jìn)行大范圍觀測時會嚴(yán)重受到續(xù)航時間的制約。由于續(xù)航時間不足會導(dǎo)致無人機(jī)無法安全返航，因此在進(jìn)行測繪觀測時所花費(fèi)的時間比較短。此外，無人機(jī)外出工作時的安全性能有待提升，從而確保無人機(jī)安全返航的概率大大提高，尤其是遭受雷暴、大雨、大風(fēng)等惡劣天氣時，更需要保障無人機(jī)外出工作能安全返回。

三、結(jié)語

我國無人機(jī)測量技術(shù)的創(chuàng)新研究日益發(fā)展且趨于成熟，將無人機(jī)從技術(shù)運(yùn)用導(dǎo)航到測量中有助于航道測量工作精確性的提高，但在無人機(jī)測量系統(tǒng)進(jìn)行測繪時，需要保障無人機(jī)的可靠性，從而使航道養(yǎng)護(hù)管理工作得到進(jìn)一步提升，減少工作人員的工作量，給測繪應(yīng)急服務(wù)提供保障，提高航道公共服務(wù)的質(zhì)量與水平，為我國長江沿岸經(jīng)濟(jì)建設(shè)和綜合立體交通建設(shè)提供強(qiáng)有力的支持。