淺談無人機(jī)航測技術(shù)在礦山測繪作業(yè)中的運(yùn)用

熊 一，王 琳，羅 莎

（1.江西省地理國情監(jiān)測遙感院，江西 南昌 330000；2.江西省基礎(chǔ)測繪院，江西 南昌 330000；3.江西省基礎(chǔ)地理信息中心，江西 南昌 330000）

1 現(xiàn)階段無人機(jī)航測概述

隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)信息技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)要求已不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要。在這種背景下，無人機(jī)航空攝影技術(shù)得到應(yīng)用，無人機(jī)航空攝影系統(tǒng)是以無人機(jī)為平臺(tái)，攜帶小型圖像傳感器，利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)低空飛行的系統(tǒng)。這種技術(shù)是多種現(xiàn)代化手段的結(jié)合是一種新型遙感技術(shù)，具有應(yīng)用廣泛、高效、省時(shí)、勞動(dòng)成本低的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用范圍是中等規(guī)模的測繪，具有智能化程度高、自動(dòng)化程度高、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高的特點(diǎn)，已在許多建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用于地理信息的測繪工作[1]。具體優(yōu)勢表現(xiàn)如下：

（1）監(jiān)測效率極高。在緊急情況下，無人機(jī)航空攝影可以在很寬的范圍內(nèi)對監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，并快速生成圖像數(shù)據(jù)。對于一架無人機(jī)，其每周監(jiān)測能力可達(dá)2100平方公里，大大提高了監(jiān)測效率[2]。

（2）收集數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)。無人機(jī)航測技術(shù)可以探測人機(jī)航測的不可到達(dá)區(qū)域。因此，無人機(jī)航測技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)往往非常準(zhǔn)確，有利于礦井的開放?；炷潦┕し桨傅闹贫?。

（3）處理效率高。與高分辨率衛(wèi)星圖像相比，無人機(jī)航拍圖像分辨率更高，可以在10cm～50cm范圍內(nèi)。同時(shí)，無人機(jī)航空攝影數(shù)據(jù)采集速度更快，效率更高。

（4）作業(yè)周期短。飛行高度決定著飛行周期，通常飛行高度控制在1000m以下，這個(gè)高度對空域要求較低，因此不需要應(yīng)用空域，這大大提高了工作效率，減少了工作阻礙，從而有助于縮短操作周期。

2 礦山測繪中無人機(jī)航測發(fā)揮的作用

目前，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平迅速提高，對各種資源的需求不斷增加，礦山開發(fā)也在不斷增加。無人機(jī)航測的應(yīng)用范圍因其自身的優(yōu)勢和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷擴(kuò)大。因此，無人機(jī)航測技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用需要加強(qiáng)對該技術(shù)的管理，保證測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于礦山測繪的數(shù)據(jù)要求，在航測區(qū)應(yīng)設(shè)置大量地面控制點(diǎn)，以獲得全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。無人機(jī)測繪系統(tǒng)作為現(xiàn)代測繪設(shè)備系統(tǒng)的重要組成部分，不僅在測繪應(yīng)急保障服務(wù)中發(fā)揮著重要作用，而且在測繪的應(yīng)急救援系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。因此，無人機(jī)航測在礦山測量中的應(yīng)用具有以下功能。

（1）加強(qiáng)礦山環(huán)境整治的重要措施。開采后，周圍環(huán)境遭到破壞，周圍環(huán)境得到修復(fù)，不影響礦山的順利發(fā)展。然而，礦山的地理位置和地理環(huán)境都很差，因此很難得到基本的地理環(huán)境信息。低空飛行無人機(jī)技術(shù)的選擇，可以在短時(shí)間內(nèi)獲取大量的數(shù)據(jù)，如彩色數(shù)據(jù)、多光譜遙感數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)等，為礦山定量和定性分析提供依據(jù)。

（2）為數(shù)據(jù)礦山建設(shè)提供依據(jù)。當(dāng)信息管理系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，需要大量的遙感圖像、數(shù)字模型和地形圖。這些數(shù)據(jù)是通過使用無人機(jī)在低空飛行模式收集的。在數(shù)據(jù)采集中，可以克服礦區(qū)的偏遠(yuǎn)山區(qū)，地勢惡劣的問題，給數(shù)字礦山數(shù)據(jù)做好鋪墊。

（3）礦山資源保護(hù)和利用。礦產(chǎn)資源是有限的資源，是不可再生的。合理利用資源，走可持續(xù)發(fā)展之路。雖然目前中國政府也開始采取調(diào)控措施，但在一些地方仍然存在一些分散和挖掘現(xiàn)象。在這方面，政府部門應(yīng)該使用無監(jiān)督礦區(qū)的無人機(jī)技術(shù)測繪實(shí)現(xiàn)空氣監(jiān)測以確保在我國礦產(chǎn)資源的合理利用。

3 礦山測量實(shí)施無人機(jī)航測技術(shù)及應(yīng)用

3.1 工藝流程

①通過無人機(jī)航空攝影獲取原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行基本控制測量和圖像控制點(diǎn)測量。②通過空三加密，自動(dòng)獲取圖像點(diǎn)的坐標(biāo)，并利用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整來確定圖像的加密點(diǎn)和外部方向元素的空間位置。③利用空三加密的結(jié)果，包括數(shù)字正射影像圖、數(shù)字高程模型和數(shù)字線繪制，制作了“3D”產(chǎn)品。數(shù)字線圖是通過內(nèi)部工業(yè)立體模型采集的地形圖數(shù)據(jù)，并結(jié)合外部工業(yè)的數(shù)據(jù)形成最終的數(shù)字線圖。

3.2 無人機(jī)航空攝影

利用無人機(jī)航空攝影系統(tǒng)，測繪的比例尺為1：1000，根據(jù)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)需要地形圖的比例和精度。根據(jù)大比例尺航測的特點(diǎn)，考慮了地形條件、測繪方法和航空攝影領(lǐng)域儀器的性能。經(jīng)檢驗(yàn)，大部分照片的傾斜角度小于4.5°，8°以上的膠片僅占總數(shù)的1.3%。圖像均勻清晰，顏色飽和。沒有云和劃痕。

3.3 像控點(diǎn)測量

圖像點(diǎn)的布局有兩種方法，一種是在四個(gè)GPS控制點(diǎn)上建立地標(biāo)，二是利用航空照片拍攝點(diǎn)。在無人機(jī)航空攝影系統(tǒng)航攝當(dāng)天，在四個(gè)GPS控制點(diǎn)上設(shè)置9個(gè)標(biāo)點(diǎn)。在航向不超過6～7的圖像時(shí)，與相鄰的兩個(gè)控制點(diǎn)在一邊到另一邊。間隔不超過3條路線，共設(shè)置209個(gè)控制點(diǎn)。

3.4 空三加密

由于無人機(jī)是一種非測量攝像機(jī)，必須在進(jìn)行三次加密之前對原始圖像進(jìn)行校正，然后進(jìn)行自由網(wǎng)絡(luò)調(diào)整。在自由網(wǎng)平差過程中，通過選取粗差和精匹配來調(diào)整同名像點(diǎn)的精度，同名像點(diǎn)誤差小于半像素值。同時(shí)，對被測區(qū)域中同名圖像點(diǎn)的分布進(jìn)行檢查，同名分布均勻分布，并在非連接區(qū)域手動(dòng)添加連接點(diǎn)，以保證模型之間有足夠的連接。最后，對該區(qū)域進(jìn)行了區(qū)域網(wǎng)絡(luò)調(diào)整。

3.5 DOM、DEM生成制作

利用像素工廠PixelFactory制作彩色正射影像圖，該系統(tǒng)產(chǎn)生預(yù)空三結(jié)果的立體模型，并輸出若干塊形狀的數(shù)字正射影像，以調(diào)整這些海量圖像（以確保后期的DOM圖像）。均勻，沒有大的色差，和像素工廠是相同的。通過DSM和DEM自動(dòng)生成拼接線。利用DEM對原始圖像進(jìn)行校正，利用DEM對整個(gè)測量區(qū)域的正射影像進(jìn)行無縫和無損變形。圖像快速瀏覽時(shí)，整個(gè)拼接圖像自動(dòng)著色，可以完成DEM、DEM的制作，然后根據(jù)圖像尺寸的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行裁剪、裁剪和繪制。在映射區(qū)域中，檢測秘密點(diǎn)，單點(diǎn)檢測較差，計(jì)算中值誤差。所生成的DOM的精度是否滿足要求。

4 結(jié)語

總之，隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，不僅推動(dòng)著測量測繪科技的創(chuàng)新發(fā)展，同時(shí)也對于提升測繪保障服務(wù)能力方面起著重要作用，加之其自身的一些獨(dú)特優(yōu)勢，使得該技術(shù)在礦山測繪中越來越發(fā)揮著重要的作用，因此，在未來的研發(fā)過程中還要進(jìn)一步的創(chuàng)新無人機(jī)航測技術(shù)，進(jìn)而更好的為測繪事業(yè)做貢獻(xiàn)。

[1]張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué).武漢大學(xué)出版社，2012.

[2]薛阿亮.無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐[J].陜西煤炭,2013,06：70-72.