金承锋
浙江华东测绘与工程安全技术有限公司 浙江杭州 310000
摘要：无人机海洋测绘系统正成为获取海洋信息的重要手段。本文从海洋测绘的重要性和现状出发，简要阐述了无人机测绘系统的构成和优势，并讨论了现阶段无人机测绘的应用进展和未来发展方向。
关键词：无人机；海洋测绘
无人机海洋测绘平台是通信技术、无人驾驶技术、遥感测绘技术综合应用的平台，实现了专业化、自动化和智能化海洋数据测绘，从而能高校检测海洋数据。随着无人机平台技术的不断向前发展，海洋测绘的应用范围和力度必将进一步加强。
一、海洋测绘的重要性和现状
在全球范围内，海洋占有71%的面积，其生物资源、矿产资源极其丰富，是未来世界能源发展的重要方向。伴随着海洋开发的不断深入，海洋经济活动、军事活动逐年增加，海洋测绘变得日益重要，正处于一个新的发展转型期。具体地说，海洋测绘主要是对水体和海床的测绘，由于海洋水体不同深度的温度、盐度、水流方向等不同，海洋测绘呈现不同于陆地测绘的特点。第一，水体可以折射光、反射光，所以光学仪器在海洋测绘中的应用范围较窄，一般用声学仪器来代替光学仪器，但由于不同温度、不同盐度水体的声波传播速度不同，增加了海洋测绘的难度。第二，海洋水体的遮蔽给海底测绘带来麻烦，传统的声波测通常采用加密或覆盖两种方法对其进行细致的测量和绘图，但增加了人力、物力消耗。
二、无人机测绘系统
无人飞行器是一种具有自动化、智能化和专门化特点的现代无线电技术操纵飞行器。无人驾驶飞机海洋测绘系统是以无人机作为飞行平台，用不同的设备来完成不同的测绘任务，而且无人驾驶飞机平台也可实现重复使用。无人机海洋测绘绘图系统主要由控制站、飞机、数据链、特定任务载荷仪器载荷(SAR、可见光相机、红外相机、可见光摄像机)等组成。无人机一般通用的平台有旋翼无人机和固定翼无人机，按其执行任务的距离和范围，又分为中远程无人机、超近程无人机、近程无人机等。控制台是无人驾驶飞机测绘系统的指挥中心，利用软硬件配合无人驾驶飞机测绘。与无人驾驶飞机相连的控制站是数据链，与无人驾驶飞机相连的控制站是数据链，无人驾驶飞机将测绘数据通过数据链传回控制站。图1为无人机海洋测绘系统的简要结构图。
图1
三、无人机测绘平台的优势
首先，利用无人驾驶飞机进行海洋测绘具有机动性强的优点，无人机的运输携带比较便利，现场拆装方便，而且无人机的发射方式也很灵活，不需要借助固定的机场，对起飞环境的要求较低。
其次，随着无人机技术的不断发展，无人机的操作越来越“傻瓜化”，不需要专业的人员，仅简单进行培训即可操作。此外，无人机自身搭载的巡航系统、数据后处理功能也给海洋测绘降低了难度。
再次，由于无人机的机体很小，不需要耗费太多能源即可完成飞行任务，而且无跑道、无机场起飞模式也大大降低了基础设施建设和维护费用。同时，对于一些高危险区域，无人机能够代替人类到达，降低了海洋测绘的危险系数。
最后，搭载与无人机上的高分辨率光电成像设备，可以不受机体方位的影响完成倾斜成像、垂直成像以及面积覆盖成像，而且分辨率已经可以精确到厘米级别，能够准确地获取海洋数据信息，保证测绘数据的精准性。
四、无人机海洋测绘的应用进展
（一）监测海洋环境
从世界范围来看，人们监测海洋环境的主要手段就是遥感技术。随着无人机遥感技术的飞速进步，海洋环境监测不仅能够通过高分辨率的图像识别沙滩垃圾类别，还能通过无人机遥感技术测绘的数据构建海岸三维模型，监测海岸带侵蚀情况和沙滩流失情况。在无人机遥感技术获得的影像集中，技术人员提取等高线和沙滩、河口等变化曲线，定量分析后就能预测海岸的变化趋势。
（二）测绘地形图
测绘地形图，主要是无人飞行器平台搭载数码相机，按照规划设计的航线进行像控点测设，通过控制台进行影像拼接、正射影像制作等数据处理，并进行测绘成果验收。海洋地形图测绘结果的比例精确度受多个方面的影像，其中像控点测设是最为关键的一个因素，技术人员一般使用GPS-RTK的方法测定像控点的平面坐标以及无人飞行器的高程。另外，海洋地形图测绘方案的可行性和测绘精度还收到不同像控点布控方案的影响，不同的像控点布控方案会给测绘数值带来一定的差异，通常情况下，技术人员需要布置三套或以上像控点布控方案，在内业数据处理结果呈现后，选择最优的方案制作合适比例的地形图。
（三）航磁测量
陆地无人机航磁测量技术相对成熟一些，但受到海洋环境、无分机降落回收要求的限制，陆地航磁测量技术无法向海洋航磁测量推广，阻碍了海洋航磁测量的发展，这是目前我们国家的一个短板。在国外无人机海洋航磁测量技术发展是高于我们国家的，已经有公司开创了成熟且完善的海洋航磁测量技术商业飞行。
五、无人机海洋测绘未来需要解决的问题
（一）无人机的性能迫切需要提高
首先，海洋气候、环境多变，多风、大风是常见气象环境，当前的无人机的抗风能力不强，无法有效支撑多风、大风天气条件下的海洋测绘任务。因此提升无人机抗风性能有助于海洋测绘任务的顺利开展，尤其是在不减少无人机负载的基础上提升抗风性能，科研人员要从机身制作材料、制作工艺和机身流线设计方面入手研究。
其次，大范围海洋测绘对无人机航程要求越来越高，尤其是深海测绘和极端气候条件下的测绘任务更是要求无人机有较高的续航能力。因此，未来无人机的续航能力需要进一步提升，并继续发展多台无人机协同作业技术，延长无人机作业时间，扩大测绘任务范围，提高作业效率。
再次，测绘任务完成的好坏取决于无人机搭载设备性能的高低，高分辨率高光谱的光电设备，实时数据传输设备等需要进一步提升新能，为海洋实时监测提供更好的条件。
最后，从海洋测绘实际应用统计来看，无人机的损毁事故大部分都发生在起降阶段，因此要想提高无人机海洋测绘的效率需要有效解决无人机的其将安全问题。科研人员要从水面起降方式着手，考虑深海测绘安全，解决无人机起降回收问题。
（二）改进无人机测绘算法
随着深海测绘的不断延伸，某些特殊区域高精度数据传输无法得到有效保障，这是因为这些区域像控点的问题需要更为先进的算法支撑。因此有必要继续研究和改进无人机测绘算法，科研人员要把空中三角测量技术再次改进，保证无人机海洋测绘数据能够达到绘图规范要求，并在此基础上减少人工作业量，提高工作效率。
（三）解决电磁干扰，实现超远距测控
基于无人机平台的超远距离海洋测绘是未来发展方向之一，在有效获取无人机工作姿态的基础上，研发远距离、大宽带数据传输链条系统，并向着模块化、小型化方向发展。除此之外，超远距离的无人机起降控制会受到电磁干扰，如果不解决这个问题，无人机会发生自毁事故，因此降低地面控制台或船舰控制台的电磁干扰源也是必须要考虑的因素之一。
结束语
无人机海洋测绘技术较之传统海洋测绘技术有着独特的优势，随着科技手段的不断发展，无人家海洋测绘技术的实际应用范围越来越广，但受海洋气象条件多变的影响，需要科研人员从机身硬件、测绘计算方法等方面下大力气研发，是无人机技术更适应海洋测绘的需要。
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