分析无人机航测技术在航道工程中的应用
时间：2021-01-28 00:05:22 来源：达达文档网 本文已影响 人 
孙亮 刘培杰 刘锟
【摘要】随着科技的发展，无人机的应用领域不断扩展，既可以作为私人玩具，比如，小型无人机;也可以应用到工业领域和勘测领域。航道工程中，无人机的应用主要体现在无人机的航测技术，帮助人们更好地进行航道监测，提升航道的维护效率。本文首先分析无人机航测技术概述、技术特点，然后探讨无人机航测技术在航道工程中的应用。
【关键词】无人机 航测技术 航道工程 应用
1无人机航测概述
1.1无人机航测
无人机航测是一种有别去传统航空的手段，是对传统航空测量的一种强力补充，有着高效快速、机动灵活、成本低、精准度高、生产周期短、适用范围大的优势，可以实现飞行困难地区、小区域范围内的影像捕捉。数码相机和无人机技术的发展，其应用领域越来越广泛，在重大工程、灾难应急、资源开发、城镇建设、国土监察等领域的应用也十分常见，尤其是对于土地资源监测、基础测绘、动态监测、应急救灾测绘以及数字城市建设等方面应用前景非常广阔。
1.2无人机航测技术特点
首先，反应能力快，实现快速航测。利用无人机进行航测，大多是低空飞行，这样不容易受到气候的影响，而且空域申请比较容易。无人机对于起降地没有太多的要求，只要是有着一段比较平坦的陆地，便可以完成起降。使用无人机进行影响拍摄时，取代飞行员，不用顾忌飞行员的人身安全，因此，可以将无人机用于那些人类难以达到的区域进行检测。
其次，时效性以及性价比较高。传统的航空拍摄使用到卫星遥感技术，但面临着时效性较差的问题，影像拍摄和存档需要较多的时间;借助无人机进行航测工作实现了随时拍摄，与人机测绘和卫星测绘比较，短时间内便可完成测绘，满足用户需求，优势十分明显。
最后，受限制较小。我国有着幅员辽阔的领土，不同区域之间的气候、地形的要素复杂，比如，部分区域常年受到云层、积雪等，影响到卫星遥感技术。如果航空飞行高度过高，超过5000米，必然要收到云层的影响，拍摄图像质量下降，而且危险较大。无人机则突破了航高限制，而且拍摄质量和精度要远远超过大型飞机航拍。
2无人机航测技术在航道工程中的应用
2.1航道项目简介
本文选择的淮河流域内，三河尖到临淮岗段，该区域内地貌变化并不大，主要为河床一河漫滩相，流域底部受到商业活动的影响，例如采沙，河底有着一定高程差。南照大桥连接该区域的南北两岸，该区域在测绘期间，刚好赶上南照大桥进行大修，这种突发因素的出现，给测区的水准测量、平面控制等工作带来极大地挑战。除去南照大桥之外，还可以通过水运交通的方式，利用区域内的水利枢纽，王庄、牛台、毕台、临淮岗等枢纽运送测量装备。根据区域航道的地形，周围有着树木和植被的覆盖，加上多河漫滩地形的存在，完成该区域内航道的地貌測量工作，采取常规测量的方式，需要花费大量的时间。因此，采取无人机进行航测。
2.2航线设计
航线设计是采集遥感信息的关键工作内容，也是航空拍摄的指导性和技术性文件，有着不言而喻的重要性。进行遥感信息采集时，需要考虑到采集区域的地形地貌、测量的范围、测绘的精度要求，同时结合现有的测量设备、影响用途、测绘目的等要求进行综合的规划设计，才能保证测量工作的顺利完成。
完成航线规划之后，仔细检查航线，主要检查航线是否设计合理，是否存在出点落水不利的情况，与此同时，判断分区是否合理、区域是否覆盖齐全、区域内的定刑高差等方面内容，确定摄影航空高，一般选择1/6摄像航高较多，并选择合适的飞行高度、摄影基面、分辨率。航高保持在一定高度时，其他测量参数不变的前提下，地面分辨率需要位于摄影区域的最低位置，而最小相片重叠区则需要位于最高点。详见，表一。为了提升测绘的精准度，对于像片重叠度以及地面分辨率需要控制到一定范围内，详见公式。
2.2.1地面分辨率GSD=（H△h高程）*a/f，公式中，GSD代表最低地面分辨率;h为相较于摄影基准面的摄影航高;△h高程为基准高程与最低高程之差;a为像元尺寸;f为镜头焦距。
表一、摄影航高与分辨率、焦距对照表
2.2.2最高处像片重叠度计算
px=p′x+（1-p′）x△h/H
qy=q′y+（1-q′）y△h/H
px代表航向重叠度、qy代表旁向重叠度，△h摄影基准面的高差、H航高。进行航路设计时，考虑到存在的高差，确保像片有着一定的重叠度。通常情况下，航向重叠度需要保持在60%-80%之间;旁向重叠度则需要保持在30%一60%之间。
2.2.3图片处理与分析
失真重采样、图像拼接是图像预处理的2个步骤。对于原始图像数据，需要对其进行重新采样，才能方便摄影测量工作站开展后续的处理工作。如果使用的系统为多面阵数字航空摄影系统，图像匹配工作就是图像拼接的核心工作内容。该航道项目使用SSK工作站的方式，采取空三加密的方式。按照航道工程图像分布和飞行线路的实际情况，对航测空间进行区域网络划分，并进行加密。空三加密可以采取手动和自动组合的方式，也就是进行像位点测量，从而消除偏差。通过手动调整的方式，调整连接点，使其符合规格，确保连接点处于矢量点2/3像素内。通过添加外业像控点的方式，定向本区大地，平均高程误差0.17m，检验点误差0.3m，根据无人机航空测量要求，其加密结果最终可以满足1：2000数据采集工作的需要。在此，我们重点提及一下空三加密的检查内容，主要包括信息文件设置、像素匹配、空中失真校正、影响文件设置、导航链接以及控制点转移等内容。完成空中三角测量之后，根据相同的点、控制点，系统生成DEM，依照DEM进行影像制作。影像制作过程中，使用处理软件，对图片进行羽化处理和曝光，从而保证影像有着均匀平滑的颜色，详见图1.
图1为三河尖-临淮岗区域的航道影像图
3结语
综上所述，无人机技术的应用范围十分广泛，在航道测量中的应用相较于传统的测量有着明显的优势，比如，反应快、时效性高、受限制小，也就是更加地灵活高效，可以代替人工测量，摆脱大型机械的飞行限制，提升测量的效率和拍摄质量。本文结合三河尖——临淮岗区域的实际应用为例，分析航道测量工作需要重点关注的内容，希望对这些关键技术的研究，为无人机在航道测量中的应用，提供参考和借鉴，同时也是对无人机航道测量技术的一种宣传和推广。
