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［摘要］本文通過分析現有河道水環境問題，闡述了傳統河道拍攝與測量的難點與不足，說明了其測量范圍廣、限制因素多；精度要求高、技術難度大；涉及情況多、人為干預大的問題。針對上述問題，本文指出了無人機航測的優勢與前景，論證了無人機定軌巡航、異常點全景航測、測繪網數字輸出等功能在河道環境航測中的優勢，說明了無人機航測技術在河道水環境治理中具有研究價值與應用前景。
0引言
隨著生態文明城市建設的推進，“河長制”與“一河一策”理念的提出，河道環境問題已成為當今最熱門的生態環境問題之一［1］，河道水環境治理是加強河湖管理保護工作不可或缺的重要環節，有利于摸清河湖健康現狀、科學診斷河湖存在的突出問題，有利于確定河湖管理與保護的工作目標、主要任務，有利于因地制宜制定河湖水資源保護、水域岸線管理保護、水污染防治、水環境治理、水生態修復等方面的治理措施［2，3］。河道水環境問題涉及范圍大，層級復雜，影響因素繁多，原有行船測量與行車測量的方式在工作質量和工作效率都相對較低，即受到地形結構的限制，又受到氣候條件等的制約。然而，隨著無人機航測技術的不斷推廣與普及，無人機航拍測量也成為了河道水環境治理的手段之一，充分發揮無人機的航測優勢，解決水環境問題，成為本文的研究重點［4］。
1問題分析
1．1測量范圍廣、限制因素多
河道水環境問題所涉及的范圍為線狀或帶狀面域，線狀面域主要指窄長河道，河道兩岸間距不大，但河道較長；面狀面域指寬長河道，河道兩岸間距較大，河道也較長［5］。針對線狀面域和帶狀面域都存在一個共性問題，那就是測量路徑較長，傳統的行車測量方式往往無法覆蓋整條河流，尤其是人行、車行橋梁往往跨河建設，僅能實現點狀測量，測量點位和測繪條件受建筑區位限制，測量點位散亂，測量精度不均。行船測量方式可以覆蓋整條河流，測量點位雖沿河分布，測量精度相對均勻，但是行船測量的測量效率相對較低，且在豐水期和枯水期都會受到不同程度的氣候條件、水文條件等限制，豐水期河道防洪預警船只禁行，無法完成測量過程，枯水期水少河枯，不滿足行船要求，也無法進行測量工作；此外，針對帶狀面域河道，行船測量需要往返測量，甚至多次測量才能滿足河道寬度條件要求和精度要求。綜上所述，傳統的河道檢查與測量方式受到的限制較多，工作效率較低。
1．2精度要求高、技術難度大
河道水環境問題復雜，不同程度的污染將會對河水水質造成不同程度的影響，受污染水體雖然在水體顏色、稠度、密度等方面產生差異，但是污染水體、污染源、臨近水體差異細微，近距離無法分辨水體水域差異，行車拍攝和行船拍攝均無法捕捉宏觀影響，無法反映受污染水質位置、范圍等。雖然通過衛星遙感圖像可以實現面域遙感拍攝，但是衛星遙感圖像無法實現實時更新，不具有時效性，且分辨率相對較低，僅能分辨大江大河，適用范圍十分局限［6］。此外，河岸植物結構復雜，涉及護堤植被、水生植被、垂枝、枯木等，單純采用衛星遙感影像無法準確判斷河流沿岸漂浮物或附著物的具體情況。然而，護堤植被和水生植被具有護堤、固土、凈化水體等作用；垂枝、枯木則會腐爛發臭，影響水質，毒害水生植物，兩種情況很難辨別，但對河流的影響卻具有本質區別。
1．3涉及情況多、人為干預大
河道水環境問題主要涉及水體污染和固體廢棄物污染兩大部分［5］。水體污染主要包括生活污水排放、農業水體污染、工業廢水排放，其中生活污水主要包括居民生活污水、市政污水、小型企業生活污水等；農業水體污染主要指面源污染，包括種植業水體污染和畜禽養殖業水體污染；工業廢水排放主要指大型工業、企業因生產制造需要產生的污水。固體廢棄物污染主要指固體污染物，最常見的河道固廢主要有垂枝、枯木、生活垃圾漂浮物、污泥、畜禽尸體等。那么，對上述類目繁雜、來源眾多的水體污染情況，僅僅通過傳統手段進行實地調查、尋根溯源所需要的人力資源、時間成本都十分高，且調查效果不容樂觀。
2技術手段
2．1無人機定軌巡航
由于河道往往測量距離較長，限制因素較多，傳統的測量手段測量難度大，測量精度低。無人機航測在這種情況下具有十分大的優勢。如圖1所示，首先我們可以根據河道航測需求對河道邊界進行定位，標記控制點位坐標，初擬無人機航測路線。由于無人機具有GPS定位功能，可以精確識別河道沿線坐標點位，依據點位順序進行路線初擬，并由人工遙感對航測路線進行校正，可以根據實際需要實時調整無人機飛行高度與航測角度［7，8］。如圖2所示，可以根據實際航測情況識別到河道左岸的污染水體，并根據需要調整無人機航測高度、距離等，以滿足航測需求。
2．2異常點全景航測
由于河道水環境問題復雜，針對不同的水環境問題需要具體識別與分析，那么就需要對于河道水環境異常點進行無人機全景航測，以便技術人員結合流域整體情況分析河道水環境綜合問題［9］。針對河道水環境的不同問題，需要先根據無人機定軌續航測繪成果，分析識別水體污染異常點位，并對異常點位進行坐標輸出。根據異常點的輸出結果，調度航測無人機進行二次航測，對各個異常點進行全景航測。無人機全景航測影像可由點云合成軟件處理，根據無人機坐標點位，具體識別各問題點距離、問題域面積等，為水環境分析人員提供直觀便捷的河道航測資料。如圖3所示，根據無人機定軌巡航影像我們標記了三處河流水體異常區域，根據實際航測面域情況，共分配了7個待測異常點，以供無人機進行全景航測。通過這種方式可以更加直接的識別異常點位置，規劃航測內容，優化無人機航測工作過程。
2．3測繪網數字輸出
針對復雜河道情況，航測影像數據量大，測繪范圍廣，測繪路徑長且結構復雜，這種情況下采用傳統的河道測繪方法十分不便于測繪數據的輸出與整理。采用無人機對復雜河道進行航拍測量，可以對無人機的飛行軌跡與點位坐標進行輸出，自動校對飛行位置與航測資料的匹配關系，準確且高效［10，11］。如圖4所示，該河道邊界模糊，河漫灘繁多，河道整體結構十分復雜，對于這種河道的測量十分困難，且不便于數據校對與資料整理。那么，通過無人機航測技術，將航測影像與航測軌跡同步輸出并進行匹配，可大大降低復雜河道航測的技術難度［12］。圖4中，左岸航測軌跡輸出結果如曲線A所示，右岸航測軌跡輸出結果如曲線B所示，異常點航測軌跡及點位位置輸出結果如曲線C所示。其中，軌跡A相對簡單，軌跡B稍復雜，具有較長河道回路，航測方向和角度變化較大，軌跡C最為復雜，沒有以河道邊界為依據，航測路徑主要圍繞回水區、淺灘等水污染問題區展開。但是，在運用無人機航測手段進行河道航測過程中，航測軌跡的輸出與航測點位的匹配很好的解決了上述問題，為復雜河道航測工作提供了極大的便利［13，14］。
3結束語
無人機航測技術在河道水環境治理的應用過程中，充分發揮了無人機定軌巡航、無人機異常點全景航測、無人機測繪軌跡數字輸出等功能在河道環境航測中的優勢，解決了河道航測工作的測量范圍廣、限制因素多；精度要求高、技術難度大；涉及情況多、人為干預大等問題。很好地彌補了傳統航測手段的缺點與不足，有助于提高河道水環境問題識別的精度，提高河道航測工作的效率［15］。此外，無人機航測技術不僅僅可以在河道水環境治理的前期工作中發揮作用，在河道水環境治理措施規劃設計、河道治理方案實施監測、河道整治結果航測驗收等多方面依然具有很高的應用價值［16］，本文所述的技術手段與問題分析方法依然適用，以待通過無人機航測技術解決更多河道水環境問題。
參考文獻
［1］費丹．城市河道水環境生態治理［J］．河南水利與南水北調，2017（3）：4－5．
［2］王婧．淺談城市河道水環境生態治理的措施［J］．科技創新與應用，2016（7）：167．
［3］屠秉坤，姚乾秦．城市河道水環境生態治理技術研究［J］．環境與發展，2017，29（5）：85－87．
［4］楊慧琴．無人機航測技術在基層測繪工作中的應用分析［J］．北京測繪，2015（6）：138－140．
［5］施朱峰．淺談流域河道水環境治理的問題與對策分析［J］．農業開發與裝備，2014（7）：89.
作者:陳橋驛 單位:廣東省國土資源測繪院