随着信息化建设和科学技术的不断进步和发展，无人机作为一种高效快捷的空中测量平台已经得到广泛的应用和推广，在国民经济发展的诸多方面发挥着越来越重要的作用，特别是在地形图测绘、气象水文信息探测、遥感测绘、矿产资源与开发、土地利用与调查、防灾减灾、生态环境监测等领域，为用户提供了一种快速进行数据获取、处理、应用分析一体化的新型测绘手段。

习近平总书记提出建设海洋强国的战略目标和构建海洋命运共同体的重要理念，为我国海洋测绘事业带来了前所未有的发展机遇&信息技术的快速发展推动着海洋测绘向信息化、高精化和多元化发展&当前，海洋信息化建设的总体目标是建成全海域覆盖的空天地海一体化的海洋信息采集和通信体系，形成全要素全天候实时连续信息获取和自主通信能力叭无人机航拍摄影技术凭借机动灵活、现势性强、高分辨率、使用成本低等优点，与卫星遥感和常规航空摄影形成了很好的互补，为海洋测绘覆盖高危地区提供可能，在海洋测绘领域的应用越来越广泛&本文主要针对无人机在海洋测绘领域的应用情况及发展前景进行分析，旨在更加有效地推动无人机测量平台在海洋测绘领域的发展，从而为海洋信息化建设提供技术支撑。

1、无人机平台概述

无人机测绘系统以无人驾驶飞行器为飞行平台，以高分辨率数字设备为机载传感器，以获取高分辨率数据为应用目标，同时实现航迹规划和监控、信息数据压缩和自动传输、影像预处理等功能。无人驾驶飞行器主要有固定翼无人机、无人机直升机和无人飞艇；机载传感器主要有高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等。相比于传统测绘方法，无人机海洋测绘具有以下几方面的优势比。

1.1 机动响应能力强

使用无人机开展工作具有机动灵活的优势，运输便利，携带方便，可以进行现场拆分和组装；可以采用多种灵活的发射方式，不依赖机场，并且做到定点起飞、定点降落，对起飞环境的要求也较少。

1.2 操作简单

随着无人机技术的迅速发展，无人机的操作变得越来越智能化和自动化，操作员的培训相对简单，并不需要培养专门的驾驶人员；此外，无人机配套的软件可以实现航线规划、像控点布设、数据后处理等功能，大大降低了无人机测绘工作的难度。

1.3 成本低、危险系数小

因为无人机的形体相对较小，其在工作时的消耗也就会大大减少，并且无人机可以无机场甚至无跑道飞行，大大降低了维护费用；同时利用无人机可以深入一些人类无法抵达或危险性较高的区域开展海洋测绘工作，危险性大大降低。

1.4 获取更加精准的数据

在海洋测绘工作中应用无人机，可以更加准确地获取数据信息，获得高分辨率影像数据。在无人机上安装高精度光电成像设备，可以实现倾斜成像、大面积覆盖以及垂直成像等功能，所得影像的空间分辨率能够达到厘米级，很好地保证了数据的精准性。

2、无人机海洋测绘应用进展

无人机航拍摄影技术能够解决传统人工实地测量方法存在的区域难以到达的问题以及卫星遥感影像解译精度无法达到要求的问题，且该方法具有机动灵活、快速成图、深入高危地区、低成本、高分辨率、高重访率等优点，目前广泛应用于地形图测绘、环境监测、海冰监测、水深测量、海洋航次测量等领域。

2.1 地形图测绘

目前应用无人机遥感技术进行海洋测绘，主要围绕生产海岛、海岸带等区域的数字表面模型（DSM）、正射影像图（DOM）以及岸线修测［8-9]等开展工作，工作基础流程包括：数码相机检校、航线规划设计、像控点测设、内业数据处理（影像拼接、空中三角测量、正射影像制作等）、成果检查与验收等步骤。

像控点测设是影响测绘结果精度的关键要素。一般采用GPS-RTK方法测定像控点的平面坐标和高程［10］；当R8K方法无法使用时，可采用GPS快速静态定位方法测量像控点[11]。除像控点测量技术外，不同像控点的布控方案也会影响测绘方案可操作性和测绘精度。根据测区地形地貌特征及成图比例尺确定像控点间隔距离，对地形起伏较大区域应适度加密像控点，且最高和最低区域均应布设。黄小明等[12]设计了3套像控点布设方案，采用垂直起降固定翼无人机对浙江省瑞安市16个岛屿进行航摄，经过详细的对比分析最终选择了第3套方案，并在此基础上制作了满足测量精度要求的1:500地形图。

空中三角测量利用少量外业实测的控制点确定全部影像的外方位元素，是航空摄影的技术核心，决定模型精度和测图精度。郭忠磊等[13]以三型无人机飞行器系统对我国某海岛区域进行了摄影作业，利用采集的控制点成果对测区影像进行空中三角测量加密处理，通过分析空三精度，发现高精度均匀分布的控制点参与平差解算时，成果精度可以满足绘制1：5000海岛礁DEM及DOM的要求。对于地形复杂或远离大陆的海岛海岸带地区，一般采用GNSS+IMU辅助空中三角测量技术，以减少对控制点的依赖[14]。近年发展了许多无像控模式的航空测图系统，彻底摆脱了地面控制点对航空摄影测量的束缚，进一步提高了效率。国家海洋信息中心使用大疆M600无人机搭载高精度多视角相机，对天津市滨海新区三河岛进行了大比例尺测图，得到的数字表面模型（DSM）和数字正射影像（DOM）精度满足1:2000比例尺测图精度要求（图1）。

图1基于无人机航摄的天津三河岛DSM和DOM成果图

2.2 环境监测

遥感技术一直是海洋环境监测的重要手段。借助无人机遥感技术的发展，海洋环境监测不但能够使用更高分辨的影像数据对沙滩垃圾的类型进行识别问，还可以在高精度DEM和DOM的基础上构建三维模型，实现对海岸带侵蚀情况的监测附、砂质海岸沙滩的流失情况监测呵、绿藻情况的监控何等°Martin等问利用无人机航摄影像生产研究区的正射影像图，然后结合遥感判读方法和机器学习算法，对沙特阿拉伯红海地区的某处沙滩的垃圾进行分类与监测；Gonhalves等［16］选择葡萄牙西北部的两处海岸带作为试验区，使用一个轻型无人机搭载小型相机进行航摄，并通过成熟的摄影测量方法制作分辨率优于5cm并且满足精度的正射影像数据，进而分析该地区的沙滩变化从而评估该地区的海岸带侵蚀情况；Chen等-17］使用一个低空飞行的四旋翼无人机分别获取福建省东山岛五角湾一处沙滩内2个时间的航摄影像，通过制作高分辨率高精度的正射影像来监测废水排放对沙滩的侵蚀和破坏程度（图2）；Xu等何利用无人机航摄并参考Sentinel-2A数据监测中国黄海的绿藻情况，并对绿藻的生物量进行评估，大大提高了工作效率。

图2基于无人机航摄的福建省东山岛五角湾沙滩流失情况监测

2.3 海冰监测

在海冰观测领域，无人机也显示了极大的应用潜力。尤其在人类无法到达或安全性较低的海域，无人机遥感被广泛应用于海冰信息提取凹、冰流速计算㈣、海冰变化监测的、海冰三维建模㈣、海冰融池识别㈣等研究领域。如Leira等的提出了一种基于无人机航摄的海冰追踪方法，该方法能够对冰山、浮冰的运动轨迹进行监测，从而实现海冰自动观测；王明锋等［23〕利用无人机获取加拿大北极地区海盆周边浮冰区冰面航拍影像（图3）进行融池识别，计算得到航拍区域的融池覆盖率。同时利用航拍影像三维建模得到海冰表面相对高程和冰面粗糙度,继而对融池覆盖率和海冰表面粗糙度分布规律进行研究。

无人机搭载雷达系统更加适用于对海冰（冰盖）厚度、海冰粗糙度、海床地形等的研究Blake等㈣设计了一款VHF波段的雷达系统来实现对极地冰架的观测；Leuschen等㈣采用无人机搭载雷达实现了对格陵兰岛和南极冰架的进行。

图3基于无人机航拍影像实现北极冰面融池的监测

2.4 海洋航磁测量

随着无人机平台技术的逐步成熟，陆地无人机航空磁力测量技术得到了迅猛发展，并且逐步走向成功应用，基于无人机平台的海洋航空磁力测量也渐渐成为研究的热点㈣。由于无人机海洋磁测受作业环境的限制，特别是降落回收，相对于陆地无人机磁测来说难度较大，严重制约了陆地无人机航磁技术向海洋磁测的推广[27]O国外无人机海洋航磁技术相对成熟，已经有几家公司开展海洋航空磁测商业飞行，包括加拿大Fugro航空测量公司设计制造的航磁UAV系统GeoRanger、英国Magsurvey公司研制的PrionUAV航空磁测系统以及美国Geometries公司生产的以雅马哈-X无人直升机航空磁测为目标的探测系统。2009年，美国海军在波音公司。扫描鹰。无人机上装备磁异常探测器，用于低空探测和跟踪潜艇试验，同时可以进行航空磁测，取得了巨大的成功。在国内海洋无人机航磁测量方面，国家海洋局第一海洋研究所依托国家863计划。基于无人机的海洋航空磁力探测系统研制。项目，将V750双座直升机改造成无人机并加装国产磁力仪及补偿系统完成了400km测线里程的海岸线附近地区无人机航空磁测试验㈣；海军海洋测绘研究所联合中船重工715所，在天津大港滨海区域开展无人机航测测量试验，并利用水面无人船同步磁力测量对结果进行了验证㈣。总体来说，国内海洋无人机航磁测量起步较晚，在海洋磁测、磁力传感器、航磁实时补偿技术等方面与国外还存在一定的差距，距离实际推广应用尚有一段的距离。

2.5 机载激光雷达测深

20世纪60年代，机载激光水深测量系统（ABL，AirborneLidarBathymetry）问世之初，就被考虑用于水下物体探测、沿海和内陆水域制图、洪水或风暴事件后的形态动力学监测、水生生境建模、水下考古等028创。受重量及搭载平台的限制，未能广泛推行。随着传感器技术的进步使得光探测和测距（LIDAR）系统的小型化以及无人机技术实现更高的有效载荷和更长的飞行耐力成为可能，无人机机载雷达水深测量系统正逐步发挥其在海洋测绘中的作用。无人机机载LDIAR凭借其机动灵活的优势，可以开展浅水区、深海岛礁附近区域的快速探测，实现海岸线水上水下地形的无缝拼接。相对于地面激光雷达系统，水深激光雷达需要更大功率孔径以穿透一定深度的水层。RIEGLRiegl激光测量系统制造的第一台商用无人机载激光测距仪BathyCopter（图4），实际测量验证了其水深地形探测的可行性，且在2.5m水底可获得1cm的点间距的数据[30]o在此基础上，Riegl设计研发了新型水深探测器BDF-1。美国Arete公司2013年研制的无人机水深测量激光雷达系统Pills，美国ASTRALiTe公司Topo-Bathy激光雷达系统也都实现了基于无人机平台的水深测量。无人机机载激光lidar应用前景值得期待。

3、发展建议

考虑到海洋信息化建设对海洋环境信息多要素、全覆盖的获取需求，开展基于无人机的实时多要素获取能力建设将是海洋测绘工作研究的重点。当前无人机海洋测绘技术仍存在一些不足之处，无人机在性能、技术、标准规范等领域还有待进一步的发展和完善，从而使无人机技术更好地服务于海洋测绘和海洋信息化建设工作。

3.1 无人机工作性能有待提高

当前无人机的抗风能力不足以有效支持海洋测绘多风、大风的工作环境。由于海洋气象条件复杂多变，无人机的抗风能力是影响海洋测绘工作能够顺利开展的关键因素，需要在尽量不增加载荷的基础上，通过改进机身制作和设计等方法提升无人机的抗风性能。无人机的续航能力是限制无人机完成深远海、大范围以及极寒气候条件下作业任务的主要因素。提高无人机的续航能力，发展多台无人机协同作业技术[31]，是延长无人机作业时间、扩大无人机作业范围，进而提高无人机作业效率的有效途径。此外，无人机载荷应向着高性能设备的方向发展。如搭载高分辨率、高光谱的光电设备，从而快速获取高分辨率、高光谱的影像数据，为海洋监测提供更丰富的信息；搭载视频采集设备，实现影像的实时采集及回传，实现海岸带巡逻执法和环境污染的实时监测等，充分发挥无人机应急性强、分辨率高、时效性好等优势。

3.2 无人机测绘算法还需深入研究

当前的无人机数据处理技术不足以支撑海洋测绘中某些特殊区域获得满足精度影像的数据产品。海洋测绘的工作区多为无开发或者开发程度不高以及人类难以到达的区域，这也是无人机测绘更能发挥优势的地区，然而这些区域却面临很难现场布设像控点的问题。此外，对于地面要素相对单一的两极或高山冰川区域，存在难以在影像上选取特征点的问题，这些因素均给空中三角测量带来困难。因此，有必要继续深入研究和改进无控和无人工选取特征点条件下的空中三角测||16海洋信2019年第3期||量技术，这样不仅可以保证无人机测绘成果满足相关测图规范的要求，还可以减少人工干预、提高工作效率，使无人机在海洋测绘中的优势更加凸显。

3.3 急需出台无人机测绘标准规范

目前，市面上有多种无人机品牌和型号。针对不同的作业任务，使用不同的无人机，则需要学习并使用不同的操作软件，无人机的操控方法、pos数据的处理流程等也不尽相同，内业处理后的数据也有多种格式可供选择，这些都给无人机海洋测绘的协同作业和成果的持续应用造成困难。因此有必要出台无人机海洋测绘通用野外作业规范、无人机海洋测绘数据的内业处理规程等，对无人机海洋测绘各个环节的操作流程、技术指标、精度要求、成果数据的格式和命名方式等进行统一规定，促进无人机海洋测绘工作和成果的规范化、标准化，扩大测绘成果的应用范围。

此外，应用无人机进行海洋测绘的另一限制因素是空中管制，每次航飞之前都需要进行空域申请，然而申请的操作流程、需要哪些手续、向何部门申报却并不十分明确，这无形中增加了无人机测绘的时间成本，并给无人机航飞的监管带来困难。相关监管部门应尽快出台官方的无人机航飞申请指南，对禁飞区、飞行报备的方式方法、飞行计划的书写规范等进行明确的规定，并且最大程度上简化申请流程，进而促进无人机的规范化监管，提高无人机海洋测绘的执行效率和便捷程度。

参考文献：

[1]何广顺,李晋-海洋信息化顶层设计框架[J].海洋信息,2018(1):11-16.

[2]袁蕾,刘庆东,孙永光,等-无人机影像在测绘1:500海岛地形图中的应用[J].海洋测绘,2018(1):43-54

[3]王海云,余如松,缪世伟,等.航空摄影测量技术在海岛礁测绘的应用[JR.海洋测绘.2011.31(2):45-48.

[4]佚名.中国南极考察站地区无人机航拍影像图一一长城站[J].卫星应用,2016(5):92-93.

[5]郭忠磊,辛宪会,滕惠忠,等.一种无人机影像点云提取海岛自然岸线的方法[J].海洋测绘,2018(3):35-38.

[6]麻德明,邓才龙,徐文学,等.无人机遥感系统在岸线勘测中的应用[J].海洋开发与管理,2015(4):45-48.

[7]麻德明,邓才龙,徐文学,等.无人机遥感系统在岸线勘测中的应用[J].海洋开发与管理,2015,32(4):45-48.

杨晓形,郭灿文,邢喆,赵现仁.无人机海洋测绘应用进展与展望[J].海洋信息,2019,34(3):12-17.