無人機航測在桐城某礦山測繪中的運用

陳芳香

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局326地質(zhì)隊，安徽 安慶 246003）

無人機航測常具有大面積觀測、復(fù)雜區(qū)域觀測、輸出數(shù)據(jù)成果多樣且快速高效、機動靈活、成本低等特點，成為遙感測繪領(lǐng)域的新興力量。而無人機低空攝影測量技術(shù)的興起，更是為礦山測繪、環(huán)境調(diào)查提供了極大地便利[1]。近年來，我隊結(jié)合自身特點，在礦山測繪、巡線檢查、地質(zhì)調(diào)查中，大力實踐無人機技術(shù)，取得了良好的效果。本文著重介紹無人機在礦山地形圖測繪中的具體應(yīng)用[2]。

1 外業(yè)流程

1.1 無人機航線規(guī)劃

圖1 規(guī)劃航線圖

礦區(qū)一般都處于比較偏遠(yuǎn)的山區(qū)，地圖更新較慢，規(guī)劃航線時，可采取飛行器定點方式圈定飛行范圍，然后根據(jù)具體要求設(shè)置相關(guān)參數(shù)[3]。項目需求的地形圖比例尺為1:1000。經(jīng)計算，本次礦山無人機航攝計劃飛行高度150米，計劃飛行時間25分鐘，計劃飛行面積7.89HA。設(shè)置航向重疊度80%，旁向重疊度75%，航線長度約4.081Km。

1.2 像控點布設(shè)與PPK基站架設(shè)

像片控制點測量是航測內(nèi)加密和測圖的依據(jù)，是影響成圖精度的主要因素。野外像片控制點的布設(shè)按照《1:1000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》中區(qū)域要求進(jìn)行布設(shè)。由于本次礦區(qū)范圍較小，故在礦區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)了6個像控點，像控點采用紅白油漆對三角形狀布設(shè)[4]。用RTK配置AHCORS系統(tǒng)和相關(guān)參數(shù)按相關(guān)控制要求采集各個像控點的CGCS2000國家大地坐標(biāo)和1985國家高程基準(zhǔn)。之后在位置相對較好的地方將中海達(dá)PPK基站架好，設(shè)置好文件名、采樣率等相關(guān)參數(shù)，點擊開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖2 像控點布設(shè)

1.3 執(zhí)行飛行計劃

根據(jù)礦區(qū)大致范圍，在地面站上規(guī)劃好對應(yīng)的航線任務(wù)后，即可上傳飛行計劃，待無人機自動檢驗校準(zhǔn)無誤之后，無人機將自動執(zhí)行航線任務(wù)。飛行期間，飛手時刻關(guān)注地面站相關(guān)信息，了解相關(guān)飛行情況。待任務(wù)結(jié)束后，無人機自動返航并降落回到起點。

1.4 外業(yè)草圖繪制

為方便后期地形圖要素標(biāo)注，現(xiàn)場概略繪制了草圖。草圖主要是村莊名、廠礦企業(yè)名、各類道路名、水系名、山名，管線類別并注記相關(guān)屬性。

2 內(nèi)業(yè)流程

傾斜攝影是通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同的角度采集影像，獲取地面物體更為完整的準(zhǔn)確的信息。通過多視角空三解算等一系列處理，較好的解決了真實地物側(cè)面紋理的獲取問題。為用戶呈現(xiàn)了符合人眼是覺的真實世界。傾斜三維模型數(shù)據(jù)可真實的反應(yīng)地物的外觀、位置、高度等屬性，增強三維數(shù)據(jù)帶來的高沉浸感，彌補了傳統(tǒng)方法的缺陷。

2.1 模型精度控制

在內(nèi)業(yè)處理系統(tǒng)中創(chuàng)建一個空的區(qū)塊，在區(qū)塊中導(dǎo)入影像，然后在導(dǎo)入的影像中輸入相關(guān)的相機參數(shù)，并導(dǎo)入對應(yīng)相片POS。在空三運行之前將控制點與影像進(jìn)行人工關(guān)聯(lián)操作，為模型提供地理參考。絕對精度將取決于三維網(wǎng)格的相對精度和控制點的精度（或照片三維位置）。

2.2 完整的三維建模

軟件通過空三加密點計算出不規(guī)則的三角網(wǎng)TIN，并生成白模的三維模型，再通過三維模型形狀位置從航片里面選取最合適的進(jìn)行紋理的貼合，最后輸出紋理逼真的實景傾斜三維模型?？梢詮牟煌慕嵌全@取地面物體完整準(zhǔn)確的信息。

圖3 三維模型

2.3 正射影像

圖4 真正射影像

前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢后，提交空三任務(wù)。待空三加密計算通過，模型精度達(dá)到要求之后，根據(jù)具體需求生成所需要的數(shù)據(jù)交換格式，用于后期模型制作。如圖生成的礦區(qū)真正射影像圖。

2.4 矢量化處理

將前期軟件生成的DOM和真三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入山維EPS軟件中，再進(jìn)行矢量化處理；采集居民地與廠礦房屋及附屬、道路交通、水系、管線等要素及附屬設(shè)施，判別勾繪植被范圍并注記類別，判別勾繪坡坎并提取高程點、生成等高線。最后，根據(jù)外業(yè)草圖加注相關(guān)注記，并加以編輯整飾，繪制全要素地形圖。如下圖：

圖5 矢量化圖

2.5 野外核對與檢驗

將上述生產(chǎn)的地形圖，先通過專職質(zhì)檢員內(nèi)業(yè)檢查后進(jìn)行紙質(zhì)打印，到實地進(jìn)行巡視核對，并采用RTK和全站儀采集數(shù)據(jù)，對相關(guān)明顯要素進(jìn)行精度檢查。

經(jīng)查，本次地形圖地理精度優(yōu)，平面中誤差在±7cm，高程中誤差在±8cm，數(shù)學(xué)精度優(yōu)。完全滿足1:1000地形圖的精度要求。

3 總結(jié)

無人機測繪具有快速高效、影像實時傳輸、高危地區(qū)探測、成本低、靈活等特點。

本次桐城某礦山地形測繪，通過結(jié)合中海達(dá)PPK技術(shù)，完全可以滿足礦山測繪的精度要求，對比傳統(tǒng)地形測繪，無人機測繪有輸出種類多、影像成果觀測直觀、效率高等優(yōu)點，避免了RTK設(shè)備在山區(qū)信號不好、效率低等缺點。除此之外，無人機實時傳輸影像還可以在礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查、巡線檢查、河道監(jiān)測等方面發(fā)揮很大的作用。相信在不久的將來，無人機將服務(wù)于更多的領(lǐng)域。