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［摘要］本文通过分析现有河道水环境问题，阐述了传统河道拍摄与测量的难点与不足，说明了其测量范围广、限制因素多；精度要求高、技术难度大；涉及情况多、人为干预大的问题。针对上述问题，本文指出了无人机航测的优势与前景，论证了无人机定轨巡航、异常点全景航测、测绘网数字输出等功能在河道环境航测中的优势，说明了无人机航测技术在河道水环境治理中具有研究价值与应用前景。
0引言
随着生态文明城市建设的推进，“河长制”与“一河一策”理念的提出，河道环境问题已成为当今最热门的生态环境问题之一［1］，河道水环境治理是加强河湖管理保护工作不可或缺的重要环节，有利于摸清河湖健康现状、科学诊断河湖存在的突出问题，有利于确定河湖管理与保护的工作目标、主要任务，有利于因地制宜制定河湖水资源保护、水域岸线管理保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复等方面的治理措施［2，3］。河道水环境问题涉及范围大，层级复杂，影响因素繁多，原有行船测量与行车测量的方式在工作质量和工作效率都相对较低，即受到地形结构的限制，又受到气候条件等的制约。然而，随着无人机航测技术的不断推广与普及，无人机航拍测量也成为了河道水环境治理的手段之一，充分发挥无人机的航测优势，解决水环境问题，成为本文的研究重点［4］。
1问题分析
1．1测量范围广、限制因素多
河道水环境问题所涉及的范围为线状或带状面域，线状面域主要指窄长河道，河道两岸间距不大，但河道较长；面状面域指宽长河道，河道两岸间距较大，河道也较长［5］。针对线状面域和带状面域都存在一个共性问题，那就是测量路径较长，传统的行车测量方式往往无法覆盖整条河流，尤其是人行、车行桥梁往往跨河建设，仅能实现点状测量，测量点位和测绘条件受建筑区位限制，测量点位散乱，测量精度不均。行船测量方式可以覆盖整条河流，测量点位虽沿河分布，测量精度相对均匀，但是行船测量的测量效率相对较低，且在丰水期和枯水期都会受到不同程度的气候条件、水文条件等限制，丰水期河道防洪预警船只禁行，无法完成测量过程，枯水期水少河枯，不满足行船要求，也无法进行测量工作；此外，针对带状面域河道，行船测量需要往返测量，甚至多次测量才能满足河道宽度条件要求和精度要求。综上所述，传统的河道检查与测量方式受到的限制较多，工作效率较低。
1．2精度要求高、技术难度大
河道水环境问题复杂，不同程度的污染将会对河水水质造成不同程度的影响，受污染水体虽然在水体颜色、稠度、密度等方面产生差异，但是污染水体、污染源、临近水体差异细微，近距离无法分辨水体水域差异，行车拍摄和行船拍摄均无法捕捉宏观影响，无法反映受污染水质位置、范围等。虽然通过卫星遥感图像可以实现面域遥感拍摄，但是卫星遥感图像无法实现实时更新，不具有时效性，且分辨率相对较低，仅能分辨大江大河，适用范围十分局限［6］。此外，河岸植物结构复杂，涉及护堤植被、水生植被、垂枝、枯木等，单纯采用卫星遥感影像无法准确判断河流沿岸漂浮物或附着物的具体情况。然而，护堤植被和水生植被具有护堤、固土、净化水体等作用；垂枝、枯木则会腐烂发臭，影响水质，毒害水生植物，两种情况很难辨别，但对河流的影响却具有本质区别。
1．3涉及情况多、人为干预大
河道水环境问题主要涉及水体污染和固体废弃物污染两大部分［5］。水体污染主要包括生活污水排放、农业水体污染、工业废水排放，其中生活污水主要包括居民生活污水、市政污水、小型企业生活污水等；农业水体污染主要指面源污染，包括种植业水体污染和畜禽养殖业水体污染；工业废水排放主要指大型工业、企业因生产制造需要产生的污水。固体废弃物污染主要指固体污染物，最常见的河道固废主要有垂枝、枯木、生活垃圾漂浮物、污泥、畜禽尸体等。那么，对上述类目繁杂、来源众多的水体污染情况，仅仅通过传统手段进行实地调查、寻根溯源所需要的人力资源、时间成本都十分高，且调查效果不容乐观。
2技术手段
2．1无人机定轨巡航
由于河道往往测量距离较长，限制因素较多，传统的测量手段测量难度大，测量精度低。无人机航测在这种情况下具有十分大的优势。如图1所示，首先我们可以根据河道航测需求对河道边界进行定位，标记控制点位坐标，初拟无人机航测路线。由于无人机具有GPS定位功能，可以精确识别河道沿线坐标点位，依据点位顺序进行路线初拟，并由人工遥感对航测路线进行校正，可以根据实际需要实时调整无人机飞行高度与航测角度［7，8］。如图2所示，可以根据实际航测情况识别到河道左岸的污染水体，并根据需要调整无人机航测高度、距离等，以满足航测需求。
2．2异常点全景航测
由于河道水环境问题复杂，针对不同的水环境问题需要具体识别与分析，那么就需要对于河道水环境异常点进行无人机全景航测，以便技术人员结合流域整体情况分析河道水环境综合问题［9］。针对河道水环境的不同问题，需要先根据无人机定轨续航测绘成果，分析识别水体污染异常点位，并对异常点位进行坐标输出。根据异常点的输出结果，调度航测无人机进行二次航测，对各个异常点进行全景航测。无人机全景航测影像可由点云合成软件处理，根据无人机坐标点位，具体识别各问题点距离、问题域面积等，为水环境分析人员提供直观便捷的河道航测资料。如图3所示，根据无人机定轨巡航影像我们标记了三处河流水体异常区域，根据实际航测面域情况，共分配了7个待测异常点，以供无人机进行全景航测。通过这种方式可以更加直接的识别异常点位置，规划航测内容，优化无人机航测工作过程。
2．3测绘网数字输出
针对复杂河道情况，航测影像数据量大，测绘范围广，测绘路径长且结构复杂，这种情况下采用传统的河道测绘方法十分不便于测绘数据的输出与整理。采用无人机对复杂河道进行航拍测量，可以对无人机的飞行轨迹与点位坐标进行输出，自动校对飞行位置与航测资料的匹配关系，准确且高效［10，11］。如图4所示，该河道边界模糊，河漫滩繁多，河道整体结构十分复杂，对于这种河道的测量十分困难，且不便于数据校对与资料整理。那么，通过无人机航测技术，将航测影像与航测轨迹同步输出并进行匹配，可大大降低复杂河道航测的技术难度［12］。图4中，左岸航测轨迹输出结果如曲线A所示，右岸航测轨迹输出结果如曲线B所示，异常点航测轨迹及点位位置输出结果如曲线C所示。其中，轨迹A相对简单，轨迹B稍复杂，具有较长河道回路，航测方向和角度变化较大，轨迹C最为复杂，没有以河道边界为依据，航测路径主要围绕回水区、浅滩等水污染问题区展开。但是，在运用无人机航测手段进行河道航测过程中，航测轨迹的输出与航测点位的匹配很好的解决了上述问题，为复杂河道航测工作提供了极大的便利［13，14］。
3结束语
无人机航测技术在河道水环境治理的应用过程中，充分发挥了无人机定轨巡航、无人机异常点全景航测、无人机测绘轨迹数字输出等功能在河道环境航测中的优势，解决了河道航测工作的测量范围广、限制因素多；精度要求高、技术难度大；涉及情况多、人为干预大等问题。很好地弥补了传统航测手段的缺点与不足，有助于提高河道水环境问题识别的精度，提高河道航测工作的效率［15］。此外，无人机航测技术不仅仅可以在河道水环境治理的前期工作中发挥作用，在河道水环境治理措施规划设计、河道治理方案实施监测、河道整治结果航测验收等多方面依然具有很高的应用价值［16］，本文所述的技术手段与问题分析方法依然适用，以待通过无人机航测技术解决更多河道水环境问题。
参考文献
［1］费丹．城市河道水环境生态治理［J］．河南水利与南水北调，2017（3）：4－5．
［2］王婧．浅谈城市河道水环境生态治理的措施［J］．科技创新与应用，2016（7）：167．
［3］屠秉坤，姚乾秦．城市河道水环境生态治理技术研究［J］．环境与发展，2017，29（5）：85－87．
［4］杨慧琴．无人机航测技术在基层测绘工作中的应用分析［J］．北京测绘，2015（6）：138－140．
［5］施朱峰．浅谈流域河道水环境治理的问题与对策分析［J］．农业开发与装备，2014（7）：89.
作者:陈桥驿 单位:广东省国土资源测绘院