無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

謝梅秀，陶丹丹

（江西省煤田地質(zhì)局測(cè)繪大隊(duì)，江西 南昌 330000）

將無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于礦山地形圖測(cè)繪中，不僅提高了測(cè)繪精度，還縮短了測(cè)繪周期，降低了測(cè)繪成本，更是避免了測(cè)繪區(qū)域地形陡峭外業(yè)測(cè)繪人員無(wú)法到達(dá)的缺陷[1]?；诖耍疚囊詿o(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象，以某金屬礦山的地形圖測(cè)量工作為基礎(chǔ)，分析該技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用效果。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的基本原理

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及定位技術(shù)、圖像處理技術(shù)的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了高分辨航空影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)地形圖的目的，即無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)主要以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，搭載實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)、航空攝影相機(jī)以及輔助系統(tǒng)，在高空作業(yè)過(guò)程中獲得測(cè)繪區(qū)域航空影像數(shù)據(jù)的過(guò)程，再以高分辨率的真彩色數(shù)字影像為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件平臺(tái)，經(jīng)過(guò)校正、鑲嵌、空三加密等處理過(guò)程生產(chǎn)DOM、DEM數(shù)據(jù)以及地形圖數(shù)據(jù)等[2]。無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)在礦山地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用流程見(jiàn)圖1。

圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)工作流程示意圖

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代化測(cè)繪領(lǐng)域具有優(yōu)越的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

①顯著的提高了測(cè)繪效率；②具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)靈活性，無(wú)人機(jī)屬于小型設(shè)備，便于運(yùn)輸攜帶，在測(cè)量過(guò)程中受環(huán)境影響較小，加之方便操作、靈活，降低了氣候等的影響[3]；③具有較高的測(cè)量精度；④降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)僅需要少量的外業(yè)工作就可完成大面積的測(cè)繪任務(wù)，顯著的降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；⑤無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有安全性能高的優(yōu)勢(shì)，在飛行過(guò)程中無(wú)人機(jī)無(wú)需真人駕駛，只需遠(yuǎn)程遙控即可實(shí)現(xiàn)飛行任務(wù)。

3 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山地形圖中的應(yīng)用

3.1 工程概況

本文選用的礦山位于我國(guó)西部地區(qū)，區(qū)內(nèi)地形地貌變化較大，測(cè)繪面積為5.3km2，比例尺為1:2000。測(cè)繪區(qū)域相對(duì)高差可達(dá)820m，總體地貌呈現(xiàn)出東高西低的趨勢(shì)，溝谷彌補(bǔ)，但植被不發(fā)育，為傳統(tǒng)測(cè)量帶來(lái)了困難?；诖耍捎脽o(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行大比例地形圖測(cè)繪工作。

3.2 主要操作流程

測(cè)量準(zhǔn)備工作：在制定飛行任務(wù)之前需要結(jié)合測(cè)繪區(qū)域攝影面積、地形地貌特征以及氣候狀況等，選擇易于無(wú)人機(jī)飛行的時(shí)間段進(jìn)行航空攝影。本次使用P700E型無(wú)人機(jī)，根據(jù)地形地貌變化特征，將測(cè)繪區(qū)域分割成兩個(gè)子區(qū)塊，飛行高度設(shè)計(jì)為650m，旁向重疊度為70%，航向重疊度為70%。

像控點(diǎn)布設(shè)：無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程中需要地面控制點(diǎn)的引導(dǎo)，才能獲得更加精準(zhǔn)的航空影像數(shù)據(jù)，因此，在執(zhí)行飛行任務(wù)之前需要進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)。像控點(diǎn)的布設(shè)要根據(jù)地形變化確定其密度，本文采用的密度為每平方公里布設(shè)像控點(diǎn)3個(gè)，主要位于地形地貌無(wú)爭(zhēng)議、周邊地形變化較小的區(qū)域內(nèi)，像控點(diǎn)的布設(shè)盡可能的平均分布在測(cè)繪區(qū)域范圍內(nèi)，尤其是在礦體分布區(qū)域及周圍，盡可能的加密像控點(diǎn)[1]。此外，像控點(diǎn)的布設(shè)以交通條件好和便于保存為基本原則，便于后期二次利用。

空中三角加密測(cè)量：空中三角加密測(cè)量是彌補(bǔ)因遮擋、地形變化大等造成影像出現(xiàn)“留白”問(wèn)題的有效手段，是通過(guò)外方位元素經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)計(jì)算處理實(shí)現(xiàn)的。

無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程中受地形條件、高大建筑物、植被等遮擋嚴(yán)重，造成部分區(qū)域無(wú)法獲得真是的地表地物信息，此時(shí)需要進(jìn)行空中三角加密處理，獲得預(yù)測(cè)地面地物信息，進(jìn)而提高測(cè)量精度。

數(shù)據(jù)采集：在獲得航空影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理后對(duì)其進(jìn)行空中三角加密處理，完成后經(jīng)過(guò)校對(duì)、平差、鑲嵌等處理，使用MapMatrix全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)采集地形數(shù)據(jù)，自動(dòng)化生產(chǎn)出1:2000地形線，對(duì)生成的產(chǎn)品及時(shí)檢查，若存在問(wèn)題，需及時(shí)檢查數(shù)據(jù)并糾正，直至地形圖確保無(wú)誤為止[2]。

通過(guò)手動(dòng)采集其他信息，如民房、水系等，并標(biāo)注高程注記點(diǎn)等內(nèi)容。

測(cè)量精度分析：本文對(duì)礦山1.2km2范圍內(nèi)的地形圖進(jìn)行了精度分析，隨機(jī)的選出4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中山頂、田坎、房角和道路各一處，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，平面最大誤差為0.78cm，中誤差為0.7cm，最小為0.38cm，中誤差為0.3cm；高程最大誤差為0.81cm，中誤差為0.7cm，最小誤差為0.51cm，中誤差為0.3cm。

上述精度均滿足相應(yīng)比例尺地形圖要求，說(shuō)明該技術(shù)在復(fù)雜地形條件下的大比例尺地形圖測(cè)繪中具有良好的應(yīng)用效果。

表1 研究區(qū)地形圖測(cè)量精度檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有測(cè)量精度高、成本低的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)踐表明，本次在1:2000大比例尺地形圖測(cè)量中獲得平面最大誤差為0.78cm，中誤差為0.7cm，最小為0.38cm，中誤差為0.3cm；高程最大誤差為0.81cm，中誤差為0.7cm，最小誤差為0.51cm，中誤差為0.3cm。上述精度均滿足相應(yīng)比例尺地形圖要求，說(shuō)明該技術(shù)在復(fù)雜地形條件下的大比例尺地形圖測(cè)繪中具有良好的應(yīng)用效果。