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［摘要］本文論述了無人機測繪技術(shù)的基本原理及操作方法，并以CX河道水環(huán)境治理項目為例，研究了無人機測繪技術(shù)在識別河道水環(huán)境問題、水污染情況、岸線防洪情況中的應(yīng)用，并運用無人機梯級測繪技術(shù)，分別對河道點源污染、面源污染、防洪影響區(qū)進行了測繪分析，對各層級測繪成果疊加合成最終測繪成果，論證了無人機測繪技術(shù)在各類別測繪要素分類研究、梯級測繪成果綜合研究中具有很好的應(yīng)用效果與研究價值。

［關(guān)鍵詞］無人機（UAV）；梯級測繪；河道

引言

隨著我國水環(huán)境保護理念的不斷推廣，河、湖治理工作不斷深化，針對河道水資源問題、水環(huán)境問題、水污染問題、水生態(tài)問題、水域岸線規(guī)劃管理與防洪問題的監(jiān)測與治理手段不斷更新。與此同時，針對河道監(jiān)測的測繪手段也在不斷加強。河道測繪工作與傳統(tǒng)測繪工作相比，對測繪方向、精度等的要求更高，測繪難度更大，測繪方法更加復雜［1－2］。隨著“一河一策”、“一湖一策”、“海綿城市”、“水環(huán)境綜合治理”等理念的提出，水域測繪的應(yīng)用要求也進一步加深。針對我國河、湖治理等方面對測繪技術(shù)要求的不斷加強［3］，本文將研究如何根據(jù)不同的測繪重點、測繪范圍展開河道測繪工作，將復雜的流域河道測繪問題簡單化，將繁瑣的測繪工作體系化，通過點位抓取完成河道梯級測繪，輸出河道綜合測繪成果。

1基本理論

無人機水環(huán)境測繪需要按照河道分層次、分類目的土地（水域）資料整理要求，對河道兩岸情況進行分類測繪、分類出圖，以滿足河道資料輸出的不同需求，便于河道治理過程中針對單一變量具體分析，也可使河道圖層疊加與分類工作更加便捷。無人機測繪分層技術(shù)是在原有遙感信息或航測信息基礎(chǔ)上運用無人機對待測繪點位進行實地航拍與分層測量的技術(shù)手段，無人機梯級測繪可以根據(jù)需要進行特定類別、特定項目、特定點位的測繪，相比于傳統(tǒng)的大面域測繪方法更加準確［4］。現(xiàn)階段，定點測繪技術(shù)、點位航拍技術(shù)等都已相對成熟，但是針對河道特定類別點位進行分層級測繪的技術(shù)手段尚不健全，本文針對河道水環(huán)境治理工作中的測繪任務(wù)需要，提出將無人機測繪方法應(yīng)用于河道水環(huán)境治理工作當中，以滿足不同圖層的出圖要求與河道測繪的類目劃分需求［5］。

2技術(shù)手段

無人機梯級測繪技術(shù)需要運用傾斜攝影技術(shù)和地圖配準技術(shù)，技術(shù)標準采用《中華人民共和國行業(yè)標準（CJJ／T8－2011）：城市測量規(guī)范》，并運用Pix4Dmapper無人機遙感影像合成技術(shù)，采用點云成像算法對待航測區(qū)域進行測繪，具體方法為：首先對待測繪面域設(shè)定邊界條件，針對限定面域范圍內(nèi)的待測繪點位進行層次劃分，劃分依據(jù)可根據(jù)測繪需求選定。如：對河道兩岸建筑物進行梯級測繪，則可以分別對民用建筑、商用建筑、市政建筑或磚混結(jié)構(gòu)、草木結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)等進行分類；對河道水污染情況進行梯級測繪，則可以分別對點源污染、面源污染或生活污染、農(nóng)業(yè)污染、工業(yè)污染等進行分別抓取。完成層次分類后則需對梯級測繪點位進行坐標擬定，即對各個不同的測繪內(nèi)容進行分別定位，以便測繪無人機在測繪域內(nèi)進行點位識別與測繪路線規(guī)劃，并根據(jù)測繪點位坐標對測繪域內(nèi)點位進行檢索與航測［6－7］。如圖1所示，通過梯級測繪，將實現(xiàn)不同點位測繪成果輸出，各階段測繪成果可通過Pix4Dmapper矢量疊加生成最終的梯級測繪成果影像，各個元素清晰獨立，每種測繪元素都具有獨立的測繪成果模塊，最終的分層疊加測繪結(jié)果也只針對各類點位的測繪元素展開，測繪精度高，層次清晰，可以滿足不同分層的測繪成果的綜合需求。

3應(yīng)用案例

為了說明無人機梯級測繪技術(shù)在河道測繪工作中的操作方法與應(yīng)用效果，本文以CX河道水環(huán)境項目為例進行說明，CX河道為市控河道的一級支流，河道沿岸聚居區(qū)域較多，排污結(jié)構(gòu)復雜，水環(huán)境問題突出，該流域2018年初已啟動了“一河一策”方案編制，但CX河道由于沿岸交通條件差，植被茂密不便于人工踏勘，故采用了無人機航測技術(shù)。無人機航測技術(shù)大大解決了上述問題，同時針對不同測繪對象、不同測繪點位的航測數(shù)據(jù)可以分層處理，測繪效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)測繪手段。如圖2所示，為CX河道整體流域范圍示意圖，該項目旨在識別河道水環(huán)境問題、河道水污染情況、河道岸線防洪情況，以確定水污染嚴重、水環(huán)境問題突出、存在洪澇隱患的區(qū)位，并明確上述問題給流域帶來的影響，以便于河道水環(huán)境治理、流域水資源規(guī)劃、沿岸產(chǎn)業(yè)布局等工作的順利展開。圖2河道點源污染示意圖圖2中CX河道點源污染的點位抓取測繪成果，該測繪成果由排污口及其他污染源點位坐標、測繪高度及角度、測繪影像數(shù)據(jù)、水污染影像范圍灰度矩陣等數(shù)據(jù)疊加合成，并通過對各個點源污染進行測繪識別，最終將各污染點差異化處理。圖2中點位灰度的深淺表示污染程度，深色點位代表污染程度較重，淺色點位表示污染程度較輕；點位大小表示點源污染的污染物排放量或影響范圍大小，半徑大的點表示污染物排放量大或污染影響范圍大，半徑小的點表示污染物排放量小或污染影響范圍小［8］。那么，通過對點源污染點位抓取，并根據(jù)實際情況分析處理，可以更直觀的完成河道點源污染輔助分析任務(wù)。圖3面源污染測繪示意圖針對面源污染的測繪工作相對復雜，面源污染沒有特定的測繪點位與輻射半徑，面源污染往往為種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等農(nóng)業(yè)污染，其污染物往往由支流或渠系進入河道干流，即污染主體沿河分布，且分布范圍廣，覆蓋面積大，污染情況復雜。那么針對面源污染的點位抓取過程則分三個階段。首先確立測繪范圍，沿河劃定測繪帶［9］，如圖3中兩條沿河長虛線內(nèi)的區(qū)域即為本文案例中的面源污染測繪帶。其次，沿測繪帶邊界對測繪域內(nèi)進行初步航測，識別核心影響區(qū)域，在本文案例中，分別以CX河道左、右岸為初測路徑，自東南向西北進行初步航測。最后，通過初步航測結(jié)果，識別面源污染影響區(qū)域，針對重點區(qū)域進行交叉測量，該案例中交叉測量軌跡如圖3中跨河短虛線所示。通過面源污染點位抓取與加權(quán)線性內(nèi)插法進行測繪分析，加權(quán)線性內(nèi)插法運算原理如下：式中，L（Ro）為Ro點的預測值，即插值；n為Ro點周圍已知點的數(shù)目；λi為參與預測的已知點的權(quán)重，L（Ri）為已知樣本點Ri的測量值。式中權(quán)重值λi可表示為：式中，di0為己知樣本點Ri到插值點Ro的距離。這種插值方法屬于準確插值，比較適合站點數(shù)據(jù)相當密集并分布均勻的情況。通過對面源污染點位抓取，運用加權(quán)線性內(nèi)插法進行分析計算，可以更好的突出重點測繪區(qū)域與其他地區(qū)的差異，并對重點面源測繪域插值細化處理，便于著重分析研究，最終完成面源污染綜合測繪分析成果［10］。圖中灰度的深淺表示污染程度，深色點位代表污染程度較重，淺色表示污染程度較輕；區(qū)域面積大小表示面源污染的影響范圍，面積大的區(qū)域表示污染影響范圍大，面積小的區(qū)域表示污染影響范圍小。那么，通過對面源污染點、線、帶狀區(qū)域抓取并根據(jù)實際情況分析處理，可以更準確、高效的完成河道面源污染輔助分析任務(wù)。針對河道岸線防洪情況的測繪域抓取相對簡單，在本文所述案例中，不涉及水利樞紐、淹沒影響區(qū)等，河道防洪影響區(qū)和防洪工程主要沿河分布，根據(jù)河岸高程即可對河道兩岸進行面域劃定，準確的確定防洪測繪域［11－12］，河道防洪測繪域測繪相對簡單，在此不再贅述。那么，本文所述案例CX河道水環(huán)境項目，針對河道水環(huán)境問題、水污染情況、岸線防洪情況等內(nèi)容，通過對點源污染、面源污染、河岸防洪等方面分別進行無人機梯級測繪［13］，完成的河道梯級測繪成果最終可疊加生成河道水環(huán)境梯級測繪綜合成果，如圖4所示：圖4河道水環(huán)境梯級測繪綜合成果示意圖圖4為CX河道水環(huán)境梯級測繪綜合成果圖，由各類點位抓取測繪成果疊加合成［14］，在該河道水環(huán)境梯級測繪成果圖中可以清晰地識別出點源污染、面源污染、河道防洪岸線等信息［15］。該無人機測繪成果中，沿河帶狀色域為河道防洪影響區(qū)；河道兩岸點狀、面狀色域為點源污染和面源污染影響區(qū)，灰度的深淺表示污染程度，深色代表污染程度較重，淺色污染程度較輕；區(qū)域面積大小表示面源污染的影響范圍大小。除此之外，測繪成果分析圖上只顯示河道、路網(wǎng)等主要區(qū)位信息。最終呈現(xiàn)的河道測繪成果清晰簡明，各測繪元素準確具體。

4結(jié)論與展望

通過本文所研究的無人機梯級測繪方法可以清晰的梳理出河道測繪工作所涉及不同測繪類別，明確各測繪類別的測繪要點，便于在測繪工作的開展過程中具體的分析研究，突出重點，精準測繪。在本文所述CX河道水環(huán)境項目中，通過對河道水環(huán)境問題、河道水污染情況、河道岸線防洪情況的識別，鎖定了水污染嚴重、水環(huán)境問題突出、存在洪澇隱患的區(qū)位，并分別抓取了點源污染、面源污染、防洪岸線等方面的測繪要素。根據(jù)各測繪類目中測繪要素的特點輸出測繪成果，便于針對每個測繪類目分別分析。最終，通過無人機梯級測繪成果疊加，輸出河道水環(huán)境、水域岸線綜合測繪成果圖，以便各個類測繪要素聯(lián)合分析及河道整體問題的綜合研究。整體測繪成果效果較好，測繪過程更加清晰簡明，通過明確測繪內(nèi)容，篩分測繪元素；通過分析測繪需求，梳理測繪邏輯；最終提高了測繪的質(zhì)量與效率，無人機梯級測繪技術(shù)在河道水環(huán)境治理工作中具有很高的研究意義與應(yīng)用前景。

作者：張曉明 單位：遼寧省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站