基于无人机和无人船的岛礁地形测绘技术

我国岛屿总面积约8万平方千米，约占陆地面积的0.8％，面积大于500m2的海岛有6500多个，大部分无人居住。准确、可靠、系统的获取岛礁及其周边海洋信息数据，建立岛礁水上水下一体化高精度模型，实现岛礁信息的“数字化”和“透明化”，可为海洋经济发展、环境保护、权益维护提供科学的数据和信息依据。 

由于波浪和潮汐原因，水边线会随时间不断变化，导致水上和水下数据在建模时存在数据空白区域。近年来兴起的船载水岸一体化综合测量技术，集成了水上激光扫描系统、水下多波束测深系统、全景影像采集系统和POS定位定向系统等实现水岸一体测量的综合测量技术，较好地实现了水深及地形数据的拼接与融合。但是该方案仍存在3个问题:①船载激光扫描系统对水上部分只能进行侧向扫测，被扫测对象顶部的区域容易造成扫测盲区。②当岛礁周边地形以滩涂为主且潮差较小时，船载激光测量与多波束测量成果之间存在浅水部分盲区。③无人岛礁缺失基准点，测量成果绝对精度较低，难以满足工程需要。采用小型无人机航空测量技术手段进行空中俯视扫测，可解决顶部盲区问题。有学者提出了合理利用高低潮差、基于水陆两用车的水岸一体综合测量技术、机载蓝绿激光水深测量技术等方案，可减少浅水地带的盲区。跨海高程传递手段是解决基准点缺失问题的常用手段，而无人岛礁一般距离岸边较远导致实施较为困难。探索一种新的系统综合高效解决上述问题成为当务之急。

如今，无人机、无人船等海洋新型测量平台技术逐渐成熟，本文设计了一种基于无人机和无人船的岛礁地形测绘系统，分别搭载激光雷达、多拼相机、多波束测深仪等设备，在大地测量获取的高精度基准坐标基础上，合理利用潮位的高低潮差，并根据无人船吃水浅的特点，全面获取海岛礁的水上水下三维地形、三维模型，实现岛礁地形等值线提取和岛礁资产调查等功能，为有效维护岛礁主权和岛礁资产管理提供数据支持。

系统设计及创新点

⒈系统组成

基于无人机和无人船的岛礁地形测绘系统由大地测量分系统、机载分系统、船载分系统以及数据分系统组成。各分系统见图1。 

系统组成示意图

⑴大地测量分系统

无人岛礁一般距离大陆较远，缺失基准点。导致无人机和无人船数据的相对精度较高，而绝对精度不足。因采用跨海高程传递较难实施，本文通过GNSS测量基站控制点的三维坐标。

大地测量分系统的主要作用是:①作为岛礁规划建设的依据和基准数据；②确保无人机航拍和无人船作业期间的RTK高精度位置定位及地面检核点(外部检核)的精确检核；③对无人机航摄、水下测量数据进行精确纠正；④对不同数据成果进行坐标转换。

⑵机载分系统

无人机航空摄影作为空间数据采集的重要手段，具有快速高效、机动灵活和成果精细的特点。面向无人岛礁等高危险地区，可以快速获取高分辨率正射影像和激光点云等数据。本文利用大地测量提供的高精度控制点信息，提高无人机测量绝对精度，成果可用于岛礁规划与施工。

机载分系统主要用于获取岛礁陆上部分成果。多拼相机用于获取真三维模型及DOM数据。在低潮时间段，通过无人机进行水陆交界处数据获取，可以扩大水上数据获取范围，提高与水下数据的重叠度，以提高数据拼接的精确度。

来源：无人机之家