無人機數(shù)字測量技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用分析

郭 平

（安徽省地質(zhì)測繪技術(shù)院，安徽 合肥 230022）

這幾年以來，伴隨各類現(xiàn)代數(shù)字測量技術(shù)的優(yōu)化改進，無人機本身的低空航攝工作系統(tǒng)開始正式引入到各地地形、地貌信息數(shù)據(jù)采集過程，同時具有智能化、專業(yè)化的顯著特點，在目前國土資源監(jiān)察工作、自然環(huán)境綜合整治、當(dāng)?shù)財?shù)字城市建模等業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。另外，將無人機本身的航攝系統(tǒng)應(yīng)用于當(dāng)?shù)氐V山測繪過程，能夠有利于促進基礎(chǔ)環(huán)境地理信息資源的不斷優(yōu)化、加快當(dāng)?shù)氐V山的數(shù)字化體系建設(shè)進度。

1 無人機低空航攝系統(tǒng)介紹

采取固定翼形式或多旋翼形式的無人飛行器設(shè)備為實施載體，結(jié)合先進的GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)與IMU定姿工作模塊，設(shè)備搭載具有高分辨率性能的數(shù)字相機，完成拍攝地面位置的地貌影像情況，通過計算機實施航片信息數(shù)據(jù)分析處理作業(yè)，實現(xiàn)快速得到低空高分影像情況的無人機設(shè)備航攝系統(tǒng)。與其他傳統(tǒng)的大型載人飛行器設(shè)備航攝系統(tǒng)進行比較，這種系統(tǒng)本身具有拍攝效率高、飛行拍攝成本低等顯著優(yōu)點。

從內(nèi)部系統(tǒng)構(gòu)成情況進行分析，無人機設(shè)備低空航攝系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)集成GNSS導(dǎo)航、無線實時通訊和計算機信息數(shù)據(jù)分析處理等相關(guān)專業(yè)技術(shù)，主要包括多旋翼形式/固定翼形式無人機設(shè)備、GNSS定位系統(tǒng)、高分傳感器設(shè)備與內(nèi)置數(shù)據(jù)分析處理模塊等4部分共同組成構(gòu)成。和其他以往的傳統(tǒng)測繪技術(shù)比較，無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)具有下面的主要優(yōu)勢。

（1）當(dāng)?shù)氐乩硇畔?shù)據(jù)情況更新優(yōu)化速度快，由于無人機設(shè)備航攝方式基本采取低空飛行形式，對當(dāng)?shù)貧庀笠蛩赜绊懗潭纫蟛桓?、飛行空域限制情況較少，信息數(shù)據(jù)采集效率的實時性充足。與其他衛(wèi)星形式及常規(guī)形式的航空遙感技術(shù)進行比較，無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)能夠不容易直接受當(dāng)?shù)乜陀^條件的束縛，比如說當(dāng)?shù)卮髿鈱拥膶崟r監(jiān)測質(zhì)量、衛(wèi)星運行的旋轉(zhuǎn)周期等因素，在實際獲取地理信息數(shù)據(jù)時能夠受到的其他干擾因素比較少，真正獲取相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)的實際周期就會減小很多。因為無人機設(shè)備屬于低空飛行模式，不需要嚴(yán)格辦理相關(guān)的各類空域部分申請手續(xù)。只要能夠通過國家規(guī)定的常規(guī)注冊，就可以實施正常飛行活動，而且無人機設(shè)備本身的機動靈活性更優(yōu)秀，只要當(dāng)?shù)靥鞖鈼l件良好，就能夠隨時開展測量工作，比衛(wèi)星本身的實際測量工作效率更高。

（2）航攝數(shù)據(jù)成果分辨率優(yōu)秀，航攝過載中能夠采取無人機設(shè)備進行攜帶諸如CCD高分?jǐn)?shù)碼拍攝相機或多光譜形式傳感器等先進設(shè)施，可以為后續(xù)的實施比例尺地形圖信息數(shù)據(jù)采集工作提供充足的信息數(shù)據(jù)。因此，配備其他高質(zhì)量高分辨率的信息數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備，就可以獲取達(dá)到厘米級層次的分辨率地理影像信息數(shù)據(jù)，比其他的衛(wèi)星方式及常規(guī)方式遙感技術(shù)本身的圖像分辨率更優(yōu)秀，這種具有高分辨率高質(zhì)量的地理測量信息數(shù)據(jù)能夠進一步滿足多種地形比例尺的測圖工作和監(jiān)測工作實際需要，具有的實用性更加突出，是其他種類地理測量技術(shù)不能相比的。

（3）無人機設(shè)備自動化操作過程成本低。無人機設(shè)備低空航攝過程選取GNSS定位系統(tǒng)，后期處理軟件開展自動拼接各類航攝過程影像，整個內(nèi)部系統(tǒng)維護工作與運營工作成本較低、實施實時數(shù)據(jù)影像處理分析十分便捷，和其他傳統(tǒng)測繪方式相比，根本不必耗費大量人力與設(shè)備方面的經(jīng)濟投入。

2 無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)的發(fā)展前景

目前我國各地社會經(jīng)濟的發(fā)展速度十分迅猛，因此需要開發(fā)利用更多的當(dāng)?shù)刈匀毁Y源，當(dāng)?shù)刈匀毁Y源的開發(fā)利用工作作為國家層面的重點推進工作，而諸如煤炭資源、石油資源等當(dāng)?shù)夭豢稍偕匀毁Y源的監(jiān)管工作更是國家工作里面的核心部分。這幾年以來，我國各地煤炭資源的開采量逐年不斷增加，部分違規(guī)實施開采的問題曹操我國各地的煤炭自然資源儲量情況進一步減少。同時，因為礦山的實際開采過程里面，往往對當(dāng)?shù)刂苓呑匀画h(huán)境導(dǎo)致一定的負(fù)面影響。諸如煤炭等自然礦產(chǎn)資源屬于非可再生的自然資源，在實際利用與開發(fā)過程中，必須提升相關(guān)的執(zhí)法監(jiān)督工作力度，禁止出現(xiàn)非法開采礦山、過度開發(fā)礦山等違法行為，防止當(dāng)?shù)刈匀毁Y源出現(xiàn)損害與浪費問題。但是當(dāng)?shù)氐V山內(nèi)部的開采區(qū)域基本位于遠(yuǎn)離當(dāng)?shù)爻鞘谢蚓用窬劬訁^(qū)的環(huán)境區(qū)域，難以有效實施執(zhí)法檢查工作與實時監(jiān)測工作，應(yīng)該充分借助各類現(xiàn)代技術(shù)監(jiān)控方式，持續(xù)優(yōu)化改進以往傳統(tǒng)礦山開采過程的監(jiān)督檢查工作機制，不斷提升當(dāng)?shù)氐V山開采監(jiān)測工作與礦產(chǎn)自然資源保護工作力度。因此，將無人機設(shè)備航攝系統(tǒng)具有的數(shù)字測量技術(shù)真正引入當(dāng)?shù)氐V山自然資源監(jiān)測工作中，具有使用輕便、工作高效的顯著優(yōu)勢，快速獲取當(dāng)?shù)氐V區(qū)開采區(qū)域的各類地理資料，同時有效拍攝傳輸圖片信息或動態(tài)影像信息數(shù)據(jù)，為當(dāng)?shù)卣_展相應(yīng)的監(jiān)督執(zhí)法工作提供重要的行動參考依據(jù)。另外，因為無人機設(shè)備能夠同時進行掛載多光譜傳感器設(shè)施，能夠?qū)崿F(xiàn)對當(dāng)?shù)氐V山植被覆蓋情況、當(dāng)?shù)仉[蔽礦區(qū)利用開發(fā)監(jiān)督情況等方面在短期實際內(nèi)得到相應(yīng)的定量質(zhì)量數(shù)據(jù)，為科學(xué)合理完善礦區(qū)開發(fā)利用與保護治理措施，采集分析與處理提供必要的信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)內(nèi)容。

3 無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)在礦山測量工作中的具體應(yīng)用

為實現(xiàn)提升數(shù)字礦山建設(shè)工作，選取各類現(xiàn)代化測繪技術(shù)，實時采集與處理分析當(dāng)?shù)氐V區(qū)地形信息數(shù)據(jù)，有助于實現(xiàn)建立當(dāng)?shù)氐V區(qū)數(shù)字化信息模型，有效提供礦山開采工作與管理工作的各類有效信息數(shù)據(jù)，進一步推動礦山自然資源的綜合保護進展。通過對當(dāng)?shù)氐V區(qū)DLG數(shù)字形式的線劃圖工作和DOM數(shù)字形式的正射影像圖數(shù)據(jù)快速生產(chǎn)工作進行分析，研究無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)在當(dāng)?shù)氐V區(qū)測繪工作中的具體應(yīng)用。

3.1 無人機設(shè)備航攝像控點布設(shè)工作與信息數(shù)據(jù)采集工作

根據(jù)國家規(guī)定的關(guān)于低空領(lǐng)域數(shù)字航空攝影活動測量外業(yè)過程規(guī)范的具體標(biāo)準(zhǔn)要求，開展布設(shè)無人機設(shè)備航攝像控點情況，同時選取RTK差分定位過程的具體形式，實現(xiàn)高校采集當(dāng)?shù)叵窨攸c平面位置與高程位置三維信息數(shù)據(jù)。另外，無人機設(shè)備當(dāng)?shù)氐V區(qū)航攝位置控制點，可選取“十”字表現(xiàn)、或者明顯當(dāng)?shù)氐匚镞吔俏恢玫刃问介_展有效設(shè)置。

3.2 無人機航線設(shè)計工作與低空航攝工作

積極采取附近礦山區(qū)域的谷歌信息影像為工作底圖，具體設(shè)定無人機設(shè)備航攝區(qū)域位置的角點坐標(biāo)、并根據(jù)航向情況、旁向重疊度情況等方面的指標(biāo)要求，開展布設(shè)飛行航線工作，為有效保證三度能夠完全重疊，在實際操作過程中，往往采取在當(dāng)?shù)氐V區(qū)擬測繪區(qū)域內(nèi)部沿著橫縱方向開展交叉布設(shè)工作。在無人機設(shè)備飛行過程中，根據(jù)設(shè)計航線實施自動飛行，飛行期間必須密切重視無人機設(shè)備電池耗電實際情況，如有必要時應(yīng)該及時更換設(shè)備電池繼續(xù)開展作業(yè)活動，實現(xiàn)采集當(dāng)?shù)販y區(qū)高分辨率無人機設(shè)備航攝影像信息數(shù)據(jù)。

3.3 無人機設(shè)備影像編輯、建模工作與外業(yè)調(diào)繪工作

采取無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)采集的各類航攝影像數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到系統(tǒng)內(nèi)業(yè)立體測圖工作軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)影像信息數(shù)據(jù)的自動匹配工作與拼接建模工作，開展快速構(gòu)建三維信息數(shù)據(jù)模型。同時，按照無人機設(shè)備預(yù)先實施布設(shè)的系統(tǒng)像控點外業(yè)信息數(shù)據(jù)與對應(yīng)的影像信息坐標(biāo)，實現(xiàn)影像配準(zhǔn)作業(yè)與外定向作業(yè)，利用內(nèi)業(yè)軟件開展繪制相關(guān)的圖像底物輪廓情況、道路邊線情況等DLG線形式的具體數(shù)據(jù)信息。另外，利用野外調(diào)繪的工作形式，實時標(biāo)注地物的具體類別、建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)等相關(guān)地理屬性。

3.4 無人機設(shè)備DEM、DOM數(shù)據(jù)制作工作

采取專業(yè)的無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)，實現(xiàn)制作DEM數(shù)字形式的高程地理模型，同時確保模型精度與數(shù)字形式線劃圖數(shù)據(jù)能夠有效匹配，實時導(dǎo)入正射影像分析模塊，完成嵌入DLG形式的線劃圖，開展DOM正射影像信息的生產(chǎn)。另外，從色調(diào)情況、亮度情況與反差情況開展重點調(diào)整處理，實現(xiàn)DOM正射信息數(shù)據(jù)影像保持紋理清晰狀態(tài)、確保數(shù)據(jù)質(zhì)量完好準(zhǔn)確。

4 結(jié)束語

伴隨無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)的不斷成熟，多旋翼形式或固定翼形式飛行器設(shè)備的制造成本持續(xù)降低，飛行過程的穩(wěn)定性與設(shè)備電池續(xù)航時間方面等實際性能獲得進一步加強，在目前現(xiàn)代測繪領(lǐng)域快速生產(chǎn)制造體系構(gòu)建工作中的實際作用也日益突出，為應(yīng)對當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害突發(fā)情況、當(dāng)?shù)氐V山開采常規(guī)監(jiān)測工作與礦區(qū)地形測繪工作等，有效提供各類具有高分辨率特點的低空航攝影像信息數(shù)據(jù)，可以高效輔助當(dāng)?shù)氐V山管理決策過程，奠定基本技術(shù)能力支撐與信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在進一步闡述無人機設(shè)備低空內(nèi)部航攝系統(tǒng)基本構(gòu)成、信息數(shù)據(jù)采集過程特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)氐V山開采工作與礦產(chǎn)資源保護工作、礦區(qū)新型數(shù)字地形圖更新優(yōu)化等實際內(nèi)容，分析了無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)本身的測繪作業(yè)工作流程與成果處理分析工藝，不斷推動無人機設(shè)備數(shù)字測量技術(shù)在當(dāng)?shù)氐V山測繪工作領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。