無人機(jī)航測系統(tǒng)在礦山地形測量中的應(yīng)用探究

尹 瑱

（安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000）

目前，傳統(tǒng)航空測量法、全站儀測量法已被廣泛地應(yīng)用于礦山地質(zhì)測量中，但是這些方法都存在人力成本高、時間成本高、測量靈活性差的缺陷，加之大風(fēng)、大雨天氣的影響，測量時間較長。無人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量方式的不足，測量時間短、分辨率高、人工成本低，使礦山地形測量邁上了新的臺階。

1 無人機(jī)航測系統(tǒng)

無人機(jī)主要是由無人機(jī)遙控平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以無人機(jī)搭載單反相機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與信息技術(shù)對航測無人機(jī)發(fā)出拍攝指令。同時，通過遙控器可以改變無人機(jī)的飛行路線，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的低空飛行[1]，從而獲得高分辨率的照片。在拍攝完畢后，使用計(jì)算機(jī)應(yīng)用繪制高精度的地形圖，反映礦山地形情況。

2 無人機(jī)航測系統(tǒng)在礦山地質(zhì)測量中的主要步驟與方法

（1）相機(jī)像控點(diǎn)布設(shè)。在使用無人機(jī)航測前需要確定無人機(jī)拍攝位置，利用衛(wèi)星定位技術(shù)對相機(jī)像控點(diǎn)設(shè)置。設(shè)置完畢后，由專業(yè)人員對無人機(jī)搭載的相機(jī)進(jìn)行檢校，查看攝像頭是否發(fā)生損壞，相機(jī)能否正常成像等，確保航測無人機(jī)能夠拍攝的影響準(zhǔn)確、清晰。

（2）無人機(jī)攝影。在航測無人機(jī)中植入定位應(yīng)用，確保無人機(jī)能夠準(zhǔn)確達(dá)到相機(jī)布控點(diǎn)進(jìn)行拍攝，并對無人機(jī)反復(fù)調(diào)試，盡可能地避免航測無人機(jī)拍攝出模糊的影像。

（3）處理正射影像圖。使用無人機(jī)拍攝完畢后，采用計(jì)算機(jī)軟件制作正射影像圖，通過對大量的方位元素進(jìn)行分析，獲得三維點(diǎn)，之后進(jìn)一步分析航測圖像。在制作正射影像圖的過程中，需要小心、謹(jǐn)慎，最大限度避免正射影像圖出錯，從而保證測量數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

（4）可視模型制作。對于處理正射影像圖過程中的三維圖像，一般會將建立可視化模型進(jìn)行分析。通過可視化模型，分析人員可以直觀地了解拍攝到的地形，并綜合區(qū)域環(huán)境與人文環(huán)境進(jìn)一步分析，對無人機(jī)航測系統(tǒng)的礦山地形測量具有重要的作用。

（5）空三加密計(jì)算。航測無人家對測量區(qū)域完畢后，可以通過解析方法獲得相片外方位因素以及加密點(diǎn)坐標(biāo)，校正相片數(shù)據(jù)，確?？蜃鴺?biāo)殘值的絕對值為0度。并對測量地點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理，確保限差無誤。加密計(jì)算時，分析人員還可通過自檢校的平差手段減少地球曲率及大氣折光對測量造成的誤差，最大程度提高測量、計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（6）外業(yè)測繪與內(nèi)業(yè)測圖。使用無人機(jī)測量礦山地形時，需要對礦山的方向，明確礦體標(biāo)注方向、寬度、高度等，使無人機(jī)地形測量的數(shù)據(jù)較為精確，可以較為準(zhǔn)確地對礦山等測量。參考測量地區(qū)相機(jī)像控點(diǎn)的設(shè)置，采用專業(yè)的方法對測圖的高程、平面坐標(biāo)等準(zhǔn)確計(jì)算，例如空中三角測量方法。如果測圖與現(xiàn)實(shí)情況誤差較大，需要再次使用無人機(jī)補(bǔ)測。

3 無人機(jī)航測系統(tǒng)在礦山地形測量中的具體應(yīng)用

本文以某縣礦山治理項(xiàng)目為測量對象，該區(qū)域礦山及周邊面積約12平方千米，參考設(shè)計(jì)單位提供的1:5萬線路中線方案，比較線與中線分比約為240米。該礦山大部分位于山地、丘陵地區(qū)，附近區(qū)域植被茂密，有居民區(qū)，地形崎嶇、復(fù)雜。該區(qū)域礦山最高高程與最低高程分別為-4米、108米。

3.1 控制測量

該地段的控制測量采用GPS技術(shù)與全站儀測量法。在礦山區(qū)域中每隔2平方千米設(shè)置相機(jī)像控點(diǎn)，控制點(diǎn)為一雙四等類型。之后，將導(dǎo)線點(diǎn)設(shè)置在相鄰相機(jī)控制點(diǎn)之間，間距為500米。設(shè)置完畢后，由專業(yè)人員對無人機(jī)搭載的相機(jī)進(jìn)行檢校，查看攝像頭是否發(fā)生損壞，相機(jī)能否正常成像。

3.2 航空攝影

在對該地段的走向調(diào)查后，擬設(shè)計(jì)3個飛行駕次，結(jié)合區(qū)域綜合情況，設(shè)計(jì)每個航測無人機(jī)3條線路，對該地段以及附近區(qū)域進(jìn)行測量。ZC-Ⅱ?yàn)楸敬螣o人機(jī)的飛行平臺，無人機(jī)的飛控系統(tǒng)為YS09。本次航測選擇佳能EOS 5D Mark Ⅲ單反相機(jī)，該相機(jī)焦距為36.03毫米。測量工作選擇在無風(fēng)/微風(fēng)、晴天的天氣下進(jìn)行。航攝分辨率為0.3米。

3.3 相機(jī)像控點(diǎn)布設(shè)

本次使用1.3米方形噴繪圖紙，以黃紅相間的三角圖案為布控點(diǎn)標(biāo)志。由于該礦山地段大部分位于山地、丘陵地區(qū)，地形崎嶇、復(fù)雜，視野范圍較窄，相機(jī)像控點(diǎn)布標(biāo)同時采用了人工的方式。選擇正方向普通噴繪布，在噴繪布上繪制四個黃紅相間的三角圖案，力求無人機(jī)成像清晰、精確。

本次相機(jī)控制點(diǎn)通過全站儀導(dǎo)線等測量方法測量，使航測無人機(jī)成像精度與分辨率得到提升，降低測量成本，縮短測量時間。

3.4 空三加密計(jì)算

航測無人家對測量區(qū)域完畢后，可以通過解析方法獲得相片外方位因素以及加密點(diǎn)坐標(biāo)，校正相片數(shù)據(jù)，確保框坐標(biāo)殘值的絕對值為0度。并對該測量礦山地段的大氣折光、主點(diǎn)位置以及畸變情況等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，進(jìn)而提高測量、計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。相對定向時，礦山每個像對連接點(diǎn)的距離相同，并將連接點(diǎn)設(shè)置在相鄰標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位區(qū)。

3.5 正射影像圖與可視模型的制作

待無人機(jī)拍攝完畢后，采用計(jì)算機(jī)軟件制作正射影像圖，測量人員對大量的方位元素謹(jǐn)慎分析后獲得三維點(diǎn)，之后進(jìn)一步分析航測圖像。

之后將獲得的三維點(diǎn)、三維圖像建立可視化模型進(jìn)行分析，直觀地了解該礦山地段及周邊地區(qū)的地形，并進(jìn)一步研究礦山地質(zhì)及礦體。

3.6 外業(yè)測繪與內(nèi)業(yè)測圖

采用全野外調(diào)繪后刺點(diǎn)測圖進(jìn)行內(nèi)業(yè)測圖，如果與現(xiàn)實(shí)情況誤差較大，需要再次使用無人機(jī)補(bǔ)測。針對礦山兩側(cè)的地質(zhì)情況，需要考慮到礦體的高度。

3.7 精度檢查

檢查該礦山地段附近的礦山隧道、礦體的高度、寬度等，劃分區(qū)域內(nèi)的礦體與不同地質(zhì)，對測量區(qū)域內(nèi)的電纜、高壓線等線路的電壓與分布情況進(jìn)行調(diào)查與記錄。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)航測系統(tǒng)在礦山地形測量中的應(yīng)用具有精度高、靈活性好、受天氣與環(huán)境影響程度小的優(yōu)勢，能夠較好地適應(yīng)地形復(fù)雜的航測環(huán)境，提升了我國礦山地形測量的質(zhì)量與效率。