無人機海洋測繪應(yīng)用進展分析

林 森， 陶卉卉， 吳勇劍， 苑克磊

(國家海洋局北海預(yù)報中心，山東 青島 266000)

0 引 言

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，無人機在我國各個行業(yè)的發(fā)展過程中得到了一定的應(yīng)用。它作為一種先進的設(shè)備，主要是利用通信技術(shù)和遙感技術(shù)等來實現(xiàn)自動化，對相關(guān)的空間信息進行整合。在海洋測繪中應(yīng)用無人機，能夠通過獲取精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，有效完成測繪工作，加強對海洋的監(jiān)測。

1 無人機在海洋測繪中應(yīng)用的優(yōu)勢

1.1 機動響應(yīng)能力強

為了進一步提高海洋測繪的準(zhǔn)確性，加強了無人機在其中的應(yīng)用。無人機的響應(yīng)能力比較強，而且具有一定的機動靈活性，能夠利用地面運輸工具進行運輸，到達(dá)目標(biāo)區(qū)域后，對運輸和現(xiàn)場組裝環(huán)節(jié)進行拆分，這樣能夠在一定程度上提高其發(fā)射的速度。操作人員還可以采用多種靈活的發(fā)射方式，對海洋進行測繪。

1.2 目標(biāo)明確，操作也比較簡單

操作簡單是無人機的一大特點。無人機在海洋測繪中的應(yīng)用，給實際操作帶來了便利，工作人員能夠在這個過程中獲取更加準(zhǔn)確的目標(biāo)。特別是在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，無人機技術(shù)也得到了一定的創(chuàng)新，它的具體操作變得更加智能化和自動化。操作人員能夠在控制飛行的基礎(chǔ)上，對其飛行的路線進行提前設(shè)計，避免在飛行的過程中出現(xiàn)意外。同時，無人機在飛行的過程中，還能夠很好地進行故障處理和診斷，將故障顯示出來，在出現(xiàn)故障的時候，可以自動返航，保證其運行的安全性[1]。

1.3 成本小，安全系數(shù)高

與以前的海洋測繪技術(shù)比較，無人機在海洋測繪中的應(yīng)用，其投入的成本相對較低，安全系數(shù)也比較高。由于無人機的形體比較小，在具體的工作過程中，其能源的消耗也會較少，危險性也會大大降低。無人機還具有操作簡單的特點，這樣能夠避免浪費大量的時間培訓(xùn)操作員，操作人員在實際的操作過程中能夠快速地掌握無人機應(yīng)用技術(shù)。在日常的維護中，無人機所需要的維修費用也比較低。

1.4 能夠獲取更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)

無人機上運用了多種先進技術(shù)，它在海洋測繪中的應(yīng)用，大大提高了數(shù)據(jù)的精確度，可以更加準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)信息，在保證影像具有高分辨率的基礎(chǔ)上，對具體的信息數(shù)據(jù)進行整合。在無人機上還可以安裝高精度光電成像設(shè)備，這些設(shè)備具有傾斜成像和垂直成像的功能，讓所得圖像空間的分辨率能夠得到明顯提高，從而進一步提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

2 無人機海洋測繪應(yīng)用的進展

2.1 地形圖測繪

在應(yīng)用無人機遙感技術(shù)對海洋進行測繪的過程中，主要是圍繞海岸帶等區(qū)域的數(shù)字模型和岸線修測等內(nèi)容進行，其中的主要內(nèi)容有數(shù)碼相機檢校、航線規(guī)劃設(shè)計、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和驗收等。為了加強無人機在這些工作中的應(yīng)用，技術(shù)人員對像控點的布設(shè)進行了分析，提高了測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在具體的測繪過程中，技術(shù)人員一般采用GPS-RTK方法測定像控點的平面坐標(biāo)。當(dāng)RTK方法不能應(yīng)用的時候，技術(shù)人員可以結(jié)合實際的測繪情況，采用GPS快速靜態(tài)定位方法測量像控點。不同的像控點布控方案也會對測繪方案的順利實施帶來不同的影響。

為了提高其可操作性和測繪精度，在具體的工作過中，技術(shù)人員要根據(jù)測區(qū)地形地貌特征等內(nèi)容，加強對像控點間隔距離的合理控制，在對地形起伏較大區(qū)域進行測繪的時候，要適當(dāng)加密像控點。此外，技術(shù)人員在對像控點布設(shè)方案進行設(shè)計的時候，還可以采用垂直起降固定翼無人機對海洋的實際情況進行航攝，通過對具體信息和數(shù)學(xué)的分析，科學(xué)地對其方案進行設(shè)計。

空中三角測量在地形圖設(shè)計過程中的應(yīng)用，需要利用少量外業(yè)實測的控制點對全部影像的外方位元素進行確定，在這個過程中主要利用航空攝影技術(shù)，不斷提高模型的精度以及測圖的精度。在實際測繪過程中，相關(guān)的研究人員利用采集的控制點結(jié)果對測區(qū)影像進行了處理，發(fā)現(xiàn)其成果精度在經(jīng)過空中三角測量加密處理過程以后，能夠滿足繪制1∶5 000 海島礁DEM的要求。這種方式還可以對地形復(fù)雜的海島海岸帶地區(qū)進行測繪，技術(shù)人員在這個過程中需要采用GNSS+IMU來輔助空中三角測量技術(shù)，這樣做的主要目的是減少對控制點的依賴，提高測繪的效果[2]。

2.2 環(huán)境監(jiān)測

在以前的海洋測繪中，由于技術(shù)等因素的影響，需要人工實地測量。這種方法存在著一定的不足，對復(fù)雜的區(qū)域難以進行測繪。無人機具有快速成圖、深入高危地區(qū)、高分辨率以及高重訪率等優(yōu)點，它在地形圖測繪、環(huán)境監(jiān)測、水深測量以及海洋航次測量等工作中的應(yīng)用，大大地提高了測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。

遙感技術(shù)是海洋環(huán)境監(jiān)測過程中的主要措施，它在海洋環(huán)境監(jiān)測過程中的應(yīng)用，能夠使用高分辨的影像數(shù)據(jù)，將沙灘垃圾類型進行有效識別，技術(shù)人員在利用這項技術(shù)進行海洋測繪的過程中，還可以在高精度DEM的基礎(chǔ)上，結(jié)合海洋環(huán)境的實際情況構(gòu)建三維模型，對海岸帶等侵蝕情況進行全面監(jiān)測。

為了進一步提高海洋監(jiān)測工作的質(zhì)量，加強無人機在其中的應(yīng)用，相關(guān)的研究人員使用一個輕型無人機對海洋的環(huán)境進行了航攝，通過攝影測量方法，對正射影像數(shù)據(jù)進行了分析，還對不同地區(qū)的沙灘變化等進行了評估，對海岸帶侵蝕情況等進行了全面整合。如，研究人員使用低空飛行的四旋翼無人機分對東山島五角灣的沙灘進行了航攝，然后根據(jù)實際的航攝情況，制作了高分辨率的正射影像，對其中沙灘的侵蝕以及破壞程度進行了監(jiān)測，加強了對海洋環(huán)境的保護[3]。

2.3 海冰監(jiān)測

無人機在海冰觀測領(lǐng)域也得到一定的應(yīng)用。由于該領(lǐng)域是安全性較低的海域，所以以前的測繪方式不能對海洋實際的情況進行全面測繪。無人機遙感在海冰信息提取、海冰變化監(jiān)測以及海冰融池識別等領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠提高測繪的安全性，為研究人員提供更加準(zhǔn)確的測繪信息。一些研究人員提出了一種基于無人機航攝的海冰追蹤方法，這種方法可以對冰山和浮冰的運動軌跡等內(nèi)容進行全面監(jiān)測，這樣不僅能夠提高測繪工作的效果，還能實現(xiàn)海冰自動觀測。

有研究人員利用無人機對加拿大北極地區(qū)海盆周邊的冰面進行了航拍，對所獲得的影像信息進行了深入研究，結(jié)合測繪的實際數(shù)據(jù)，通過具體計算得到了航拍區(qū)域的融池覆蓋率。此外，在海洋測繪過程中，還可以利用航拍影像的三維建模功能，對其海冰表面進行分析，這樣能夠得到相對高程的冰面。因此，要想加強無人機在海冰監(jiān)測中的應(yīng)用，相關(guān)的學(xué)者還要對海冰表面粗糙度的分布規(guī)律等進行研究，從而不斷提高測繪的準(zhǔn)確性[4]。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，無人機的應(yīng)用也越來越廣泛，它在海冰監(jiān)測和海洋環(huán)境監(jiān)測等過程中的應(yīng)用，不僅提高了海洋測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性，還能對復(fù)雜的地域進行測繪，規(guī)范了海洋測繪的工作流程，提高了測繪工作的安全性，進一步促進了我國科技在社會中的穩(wěn)定發(fā)展。