無人機航測技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測量中的應用

鄒弟金

（江西有色地質(zhì)測繪院，江西 新余 338000）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用離不開礦山大比例尺地形圖的測量工作，礦山地形圖測量精度影響礦山安全生產(chǎn)、資源準確開采以及支護防護、礦山地質(zhì)災害預防等工程設計方案的合理制定，因此，礦山大比例尺地形圖測量工作至關重要[1]。礦山大比例尺地形圖測量技術(shù)較多，隨著動態(tài)GPS定位技術(shù)以及無人機航飛技術(shù)的發(fā)展，顯著的提高了無人機航測技術(shù)的精度和可靠性，推動了礦山測繪技術(shù)的發(fā)展。本文以無人機航測技術(shù)為例，分析該技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測繪中的應用效果，為推動該技術(shù)的發(fā)展提供幫助。

1 無人機航測技術(shù)概況

無人機航測技術(shù)是通過無人機飛行技術(shù)采集測繪區(qū)域的航拍影像，通過對航拍影像數(shù)據(jù)的處理流程而獲得礦山大比例尺地形圖以及其他成果圖件的新型測繪技術(shù)。隨著圖像融合技術(shù)、航空攝影技術(shù)、無人機技術(shù)以及動態(tài)GPS技術(shù)的快速發(fā)展[1]，逐漸實現(xiàn)了多角度影像匹配等技術(shù)，提高了無人機航測技術(shù)的精度，其工作流程圖見圖1。

隨著無人機航測技術(shù)廣泛的應用于工程測量、礦山測量等各個領域，無人機航測技術(shù)的應用流程日益成熟，在大比例尺測量工作中具有明顯的優(yōu)勢，主要包括：①明顯的縮短了測繪周期，無人機航測技術(shù)是以無人機為平臺，搭載照相機等儀器獲得測繪區(qū)域的航拍影像，進而對航拍影像數(shù)據(jù)處理獲得大比例尺地形圖，顯著的減少了測量人員外業(yè)數(shù)據(jù)采集周期，一般可在3天～5天完成，有效的縮短了測量周期，提高了社會經(jīng)濟效益；②具有高的航拍影像數(shù)據(jù)分辨率，隨著動態(tài)GPS技術(shù)以及圖像融合技術(shù)等的快速發(fā)展，顯著的提高了航拍影像數(shù)據(jù)的分辨率，分辨率可達厘米級，在后期數(shù)據(jù)處理過程中能夠獲得精度更加穩(wěn)定可靠的測繪數(shù)據(jù)[2]；③航拍影像數(shù)據(jù)獲取周期短，對礦山大比例地形圖測量任務來說，測繪區(qū)域的面積不大，能夠在3天～5天內(nèi)完成相應的測量任務，與傳統(tǒng)的測量方法相比，無人機航測技術(shù)能夠在較短的時間內(nèi)完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作；④社會經(jīng)濟效益高，礦山建設是具有周期規(guī)劃的，更早的獲得礦山大比例尺地形圖有助于礦山建設任務的推進，無人機航測技術(shù)能夠在較短的時間內(nèi)獲得外業(yè)數(shù)據(jù)采集，與傳統(tǒng)的測量方法相比，明顯的降低了外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作量，減少了測繪成本的投入，提高了社會經(jīng)濟效益。

圖1 無人機航測技術(shù)工作流程示意圖

2 無人機航測技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測量的應用

2.1 飛行方案的制定與地面控制測量

不同的礦山地形地貌差異較大，所獲的航拍影像分辨率也收地形地貌影像較為明顯。

因此，為了有效的防止或者減弱地形地貌對航拍影像數(shù)據(jù)分辨率的影響，在開始執(zhí)行飛行任務之前要對測量區(qū)域進行踏勘工作，對測量區(qū)域的地形地貌仔細劃分，若地形地貌變化較大，根據(jù)其特征劃分成不同的若干飛行子區(qū)塊，分別制定飛行方案。根據(jù)踏勘結(jié)果，編制航飛方案，將無人機的飛行高度、劃分的子區(qū)塊、航線數(shù)量、無人機航向等明確的標注在設計圖紙中。無人機的準確飛行離不開地面的控制測量，因此，依據(jù)踏勘結(jié)果在測繪區(qū)域內(nèi)布設像控點，布設原則一般按照區(qū)域四角布設平高控制點的原則進行，在不同子區(qū)塊的影像結(jié)合部位要布設一定數(shù)量的像控點，便于不同子區(qū)塊的影像拼接使用。

2.2 空三加密測量

在完成像控點布設的基礎上，按照航測方案進行測繪區(qū)域航拍影像數(shù)據(jù)的采集工作，按照設計的航線方向、旁向重疊度和航向重疊度執(zhí)行飛行任務。但是在執(zhí)行影像數(shù)據(jù)采集工作過程中，由于礦山地形變化較大，植被遮擋等問題的普遍存在，導致測繪區(qū)域范圍內(nèi)的部分區(qū)域無法獲得相應的影像數(shù)據(jù)，進而在影像數(shù)據(jù)中出現(xiàn)“留白”現(xiàn)象，降低了無人機航測技術(shù)的測量精度。為了有效的消除上述原因的出現(xiàn)，需要進行空三加密測量流程，該方法是以航拍影像數(shù)據(jù)中的方位元素進行準確預算為基礎提出干擾因素的方法，可以有效的彌補因“留白”等問題而造成精度降低的缺陷[3]。

2.3 影像數(shù)據(jù)處理及地形圖生成

在外業(yè)進行航拍影像數(shù)據(jù)采集過程中，每天必須檢查航拍影像質(zhì)量能否滿足礦山大比例尺地形圖測量要求，若不滿足，則需對該航線進行重新拍攝工作，直至航拍影像滿足相應比例尺測量要求為止。對檢查合格的航拍影像進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理，在完成空中三角加密測量工作后，對不同子區(qū)塊的航拍影像進行拼接工作，并以同名像控點為基礎進行不同子區(qū)塊影像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)點、粗差剔除、區(qū)域網(wǎng)約束平差處理、校正等流程[3]，將處理后的影像數(shù)據(jù)導入至相應的制圖軟件中，開展內(nèi)定向、相機畸變、去測平均高程等參數(shù)的建立工作，完成后，根據(jù)礦山地形數(shù)據(jù)進行采編工作，核對無誤后輸出礦山大比例尺地形圖。對輸出的大比例尺地形圖進行檢核工作，若發(fā)現(xiàn)地形圖存在缺陷，應及時查找導致缺陷出現(xiàn)的原因并更正，直至數(shù)據(jù)無誤后生成最終的礦山大比例尺地形圖。

3 結(jié)語

綜上所述，無人機航測技術(shù)在不同領域的應用越來越廣泛，在礦山大比例尺地形圖測量中也具有廣闊的應用前景，尤其是針對礦山地形地貌復雜的測繪區(qū)域，無人機航測技術(shù)更具有優(yōu)勢。本文以無人機航測技術(shù)為研究對象，在簡要介紹無人機航測技術(shù)的基礎上分析了該技術(shù)的應用優(yōu)點，并針對該技術(shù)的幾個關鍵技術(shù)進行了分析，為推動該技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測量中的應用奠定基礎。