無人機(jī)航測在礦區(qū)地形測量中的應(yīng)用與探討

徐中華

（華東冶金地質(zhì)勘查局物探隊(duì)，安徽 蕪湖 241000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)測繪技術(shù)也提出了越來越高的要求。以往對(duì)小范圍和礦區(qū)數(shù)字化地形圖進(jìn)行測繪的過程中經(jīng)常采用全站儀結(jié)合GPS的全野外數(shù)字作業(yè)方式，此種方法不僅外業(yè)工作量較大，而且施工工期也較長，已經(jīng)無法符合測繪工作對(duì)效率提出的要求。本文利用無人機(jī)航測系統(tǒng)，對(duì)安徽省礦區(qū)進(jìn)行航空攝影測量，以期對(duì)華東地區(qū)礦山地質(zhì)勘查與開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 無人機(jī)航測技術(shù)簡介

1.1 整體技術(shù)流程

無人機(jī)是為航空攝影而搭建的平臺(tái)，主要是為了獲取到分辨率較高的空間數(shù)據(jù)，基于在系統(tǒng)內(nèi)部集成應(yīng)用3S技術(shù)而形成一種隨時(shí)觀測以及處理空間數(shù)據(jù)的能力。通過運(yùn)用無人機(jī)可以起飛較快的特征以及其攜帶的定位裝置，獲得清晰度較高、穩(wěn)定性較強(qiáng)的原始數(shù)碼影像、拍攝照片的空間地點(diǎn)和姿態(tài)信息，并且同相機(jī)畸變參數(shù)相結(jié)合，利用特殊的空三軟件及時(shí)地落實(shí)好匹配、平差以及拼接等方面的工作，以此來生成清晰礦區(qū)地質(zhì)圖，如果需要使用DLG線來畫圖，應(yīng)該添加立體測圖環(huán)節(jié)，通過立體測圖軟件將帶有符號(hào)的DLG直接加工出來，并且能夠直接符合入庫要求[1]。

1.2 礦用無人機(jī)工作流程

飛行計(jì)劃：采用MAVinci Desktop 軟件來規(guī)劃飛行，結(jié)束后上傳至無人機(jī)上面就可以正式飛行。第二，影像的拍攝：在飛行過程中，控制器軟件能夠保證無人機(jī)對(duì)飛行前所規(guī)劃的飛行軌跡進(jìn)行自主跟蹤；機(jī)載相機(jī)對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)獲取并且將其存儲(chǔ)在無人機(jī)上。第三，無需地面控制點(diǎn)的航空測圖：無人機(jī)在飛行期間，邊拍攝照片，邊實(shí)施RTK 測量，各張照片的位置信息均具備RTK 固定解的精度。基于對(duì)精密測量時(shí)間與高精度定位技術(shù)的整合，使無人機(jī)在空中就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的控制。

2 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)機(jī)制

2.1 無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)

無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的組成部分主要包括機(jī)載與地面部分，而且機(jī)載飛行控制系統(tǒng)是由飛控、電臺(tái)、RC 接收機(jī)、電池組、GPS和通訊天線以及空速管組成的。飛行控制系統(tǒng)能夠同GPS、北斗以及GLONASS 等組合在一起進(jìn)行導(dǎo)航，利用事先設(shè)置好的航拍攜帶數(shù)據(jù)，實(shí)施相同距離和定點(diǎn)拍攝。

2.2 地面站控制系統(tǒng)

地面站控制系統(tǒng)的組成部分有數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)、軟件以及便攜式計(jì)算機(jī)?？刂葡到y(tǒng)在控制軟件的作用下將飛行器的飛行參數(shù)與定位信息實(shí)時(shí)顯示出來，在獲取飛行數(shù)據(jù)與坐標(biāo)的過程 中，利用地面站軟件來獲取飛行軌跡與數(shù)據(jù)信息，以此達(dá)到無人機(jī)遙控導(dǎo)航盲飛的目的，無人機(jī)可以完成定高智能駕駛，可以提前將航跡輸入進(jìn)去，完成自動(dòng)根據(jù)航線執(zhí)飛任務(wù)，另外，也能夠?qū)桔E任務(wù)進(jìn)行隨時(shí)變換。

2.3 航線和像控點(diǎn)的設(shè)置

采取區(qū)域網(wǎng)的設(shè)置形式，設(shè)置在地面的首條航線與末條航線的基線數(shù)跨度應(yīng)該小于8、輕微丘陵地帶基線數(shù)小于12、丘陵地帶相對(duì)集中的基線數(shù)小于16、航線中心點(diǎn)的基線數(shù)跨度小于15，同時(shí)根據(jù)隔航線布點(diǎn)來布設(shè)航線與航線間的點(diǎn)。全網(wǎng)的四角和不標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)端點(diǎn)需要布點(diǎn)，四角偶點(diǎn)為雙點(diǎn)。如果難以選取網(wǎng)內(nèi)像控點(diǎn)的目標(biāo)，就可以將少數(shù)像控點(diǎn)改成高程點(diǎn)。采取GPS水準(zhǔn)測量方式來擬定合成像控點(diǎn)的高程，分段擬合的過程中應(yīng)該實(shí)施全方位檢驗(yàn)。對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行選刺時(shí)一定要選擇影像明顯的地物，往往選擇交角較好的微小線狀交點(diǎn)、清晰折角的頂點(diǎn)以及影像不大于0.2毫米的點(diǎn)狀地物中心。采取九點(diǎn)法來布設(shè)區(qū)域網(wǎng)的點(diǎn)，如果處于不標(biāo)準(zhǔn)的地點(diǎn)或者是緊鄰平高點(diǎn)間隔超過二十條基線時(shí)，就應(yīng)該將一個(gè)平高點(diǎn)布設(shè)在中間位置。

2.4 空中三角測量

采取全數(shù)字加密法來測量空中三角，根據(jù)像片上量測的像點(diǎn)坐標(biāo)，應(yīng)用精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，基于最小二乘法原理將一少部分地面控制點(diǎn)作為平差條件，采取光束法計(jì)算出測圖的安全定向點(diǎn)，將1: 1000 地形圖作為測量比例[2]。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程基本概況

2017年6月，本院受到他方委托負(fù)責(zé)安徽省某礦區(qū)地形圖測繪工作，此測量區(qū)域處于丘陵地帶，平均海拔高度大約一百五十米，適合進(jìn)行航測[3]。此次測量任務(wù)的航空拍攝面積在三十五平方公里左右，航空拍攝的地面分辨率為十五厘米，將航攝、空三加密、DEM、DOM以及DLG的生產(chǎn)作為主要測繪工作。

3.2 重點(diǎn)技術(shù)參數(shù)和航攝參數(shù)的獲取

航空拍攝以1:2000為比例，對(duì)應(yīng)的航高不能超過三百七十米，旁向與航向重疊度應(yīng)該分別達(dá)到65%與85%，分辨率是0.1m，完成整個(gè)航攝需要用時(shí)四十分鐘，957張像片，航攝面積是3.3平方千米。

3.3 數(shù)據(jù)處理

Agisoft Photo Scan 是由Agisoft公司開發(fā)的3D掃描軟件，只進(jìn)行導(dǎo)入就能夠使軟件形成較高重疊率的數(shù)碼影像，從而顯示出高清的正射影像[4]。利用Agisoft Photoscan軟件來處理影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理流程如下：構(gòu)建項(xiàng)目文件、影像文件的添加、影像配準(zhǔn)、點(diǎn)云的形成、三角網(wǎng)的構(gòu)建、分辨率較高的DOM的生成和精準(zhǔn)的DEM，生產(chǎn)過程就是計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)處理。將DOM和DEM等數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶教爝h(yuǎn)景中，實(shí)施矢量化以及生成等高線，對(duì)其進(jìn)行編繪生成DLG。應(yīng)用主流配置計(jì)算機(jī)，一共用時(shí)十個(gè)小時(shí)。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)航測技術(shù)是一種先進(jìn)的獲取遙感數(shù)據(jù)的方式，其具有的優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)測量手段不可比擬的，據(jù)實(shí)踐研究表明，此項(xiàng)技術(shù)在精度方面已經(jīng)基本達(dá)到了測量標(biāo)準(zhǔn)。另外，隨著無人機(jī)航測技術(shù)的快速發(fā)展，利用航空攝影測量技術(shù)測繪礦區(qū)地形圖的成本與采用傳統(tǒng)方法所需的成本幾乎接近，由此可見，無人機(jī)航測技術(shù)在礦山地質(zhì)勘探中會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

[1]林朝臣.探討水文地質(zhì)問題在巖土工程中的危害性[J].云南化工,2017,44(11):86-87.

[2]朱敏,孫健,陳焦.地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)問題分析和水文地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防[J].科技風(fēng),2017(24):126.

[3]張曦文.水文地質(zhì)問題在巖土工程中的危害性[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2017(34):123.

[4]周忠清.地下水對(duì)巖土工程勘察的影響及處理方法[J].資源信息與工程,2016,31(02):67-69.