航空測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用

紀(jì)海英，魏義峰，紀(jì)強(qiáng)盛

（1.青島理工大學(xué)琴島學(xué)院，山東 青島 266100；2.青島市城陽(yáng)勘察測(cè)繪有限公司，山東 青島 266100）

資源開發(fā)與利用是經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展不可或缺的原料之一，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)至關(guān)重要。在資源勘查過程中地質(zhì)測(cè)量工作伴隨整個(gè)過程，包括礦區(qū)大比例尺地形測(cè)量、水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量、工程放樣測(cè)量、井下坑道編錄測(cè)量等[1]。隨著現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)的快速發(fā)展，地表測(cè)量效率明顯提高，精度顯著增高，尤其是航空測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速獲取大面積礦區(qū)地形測(cè)量目的，為資源精準(zhǔn)勘查提供了基礎(chǔ)。航空測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用取得了較好的成果，本文以該技術(shù)為研究對(duì)象，講述該技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用。

1 航空測(cè)量技術(shù)概況及適用范圍

圖1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)流程示意圖

航空測(cè)量技術(shù)是以無人機(jī)技術(shù)、動(dòng)態(tài)定位技術(shù)、圖像融合技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)，具有高效、精度高、成本低的優(yōu)勢(shì)，逐漸廣泛的應(yīng)用于地質(zhì)測(cè)量領(lǐng)域。由于航空測(cè)量技術(shù)是以無人機(jī)航拍影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的測(cè)量技術(shù)，因此在地質(zhì)測(cè)量中應(yīng)用領(lǐng)域較少，一般用于不同比例尺地形圖測(cè)量、地質(zhì)景觀測(cè)量、礦山綠化修復(fù)測(cè)量等方面，尤其是地形測(cè)量應(yīng)用最廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是動(dòng)態(tài)GPS定位技術(shù)以及圖像融合處理技術(shù)的快速發(fā)展，逐漸實(shí)現(xiàn)了垂直航空測(cè)量向傾斜航空測(cè)量的轉(zhuǎn)變，使得無人機(jī)獲取的影像資料由垂直拍攝轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘟嵌?、多方位拍攝，有效的降低了測(cè)繪“留白”出現(xiàn)率，提高了測(cè)繪精度。航空測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用較為成熟，主要步驟包括地面控制測(cè)量、影像數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理、空中三角加密測(cè)量以及成果圖件輸出等流程（圖1）[1]。

2 航空測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用

（1）測(cè)量設(shè)備及參數(shù)確定。本文以某金屬礦床勘查為例，以1/2000大比例尺地形圖測(cè)量為研究對(duì)象，講述該技術(shù)的應(yīng)用流程以及操作注意事項(xiàng)，為提高地質(zhì)測(cè)量效率奠定基礎(chǔ)。本文所采用的無人機(jī)型號(hào)為HO3100，攝影相機(jī)為南方測(cè)繪傾斜數(shù)字航空攝影相機(jī)，搭載5臺(tái)五棱鏡頭，定位技術(shù)以我國(guó)動(dòng)態(tài)GPS定位技術(shù)為主，配置其他輔助管理措施[2]。測(cè)繪區(qū)域?qū)儆诟呱綅{谷區(qū)，地形地貌變化較大，考慮地形變化以及氣候條件，設(shè)置無人機(jī)飛行時(shí)段為每天上午10時(shí)～下午4時(shí)，無人機(jī)旁向重疊度為60%～70%，航向重疊度為70%～80%。由于地形變化較大，將測(cè)繪區(qū)域分解為兩個(gè)飛行子區(qū)塊，飛行高度分別為450m和500m。本次測(cè)量選用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，因此無人機(jī)搭載1臺(tái)垂直五棱鏡頭，4臺(tái)傾斜五棱鏡頭，以獲得不同方位和視角下的航拍影像資料，可有效的提高測(cè)繪精度。

（2）地面控制測(cè)量。地面控制測(cè)量時(shí)提高航空測(cè)量精度的基礎(chǔ)，也是最終對(duì)比判斷航拍攝影測(cè)量精度的依據(jù)。因此，地面控制測(cè)量至關(guān)重要。地面控制測(cè)量主要指的是相片點(diǎn)控制測(cè)量，合理布設(shè)相控點(diǎn)測(cè)量能夠提高最終的測(cè)量精度。因此，如何合理的布設(shè)像控點(diǎn)是影響地面控制測(cè)量精度的關(guān)鍵，在布設(shè)過程中應(yīng)注意如下事項(xiàng)：①像控點(diǎn)的布設(shè)密度應(yīng)根據(jù)測(cè)繪區(qū)域地形變化特征調(diào)整，地形變化小的區(qū)域像控點(diǎn)密度適當(dāng)降低，地形變化大的區(qū)域像控點(diǎn)密度適當(dāng)增大；②測(cè)繪區(qū)域地形變化較大，因此劃分為兩個(gè)飛行子區(qū)塊，像控點(diǎn)一般布設(shè)在分區(qū)圖輪廓線外測(cè)，靠近旁向重疊度100m處；③像控點(diǎn)應(yīng)該是無爭(zhēng)議的容易區(qū)別的地物地貌點(diǎn)，常布設(shè)在地形平緩的山頭、田角等部位，應(yīng)盡可能的避免布設(shè)在地形爭(zhēng)議較大、高大建筑物遮擋區(qū)域；④若測(cè)繪區(qū)域存在較大面積的水域，應(yīng)盡可能避開；⑤像控點(diǎn)的布設(shè)點(diǎn)應(yīng)選擇在交通條件較好的區(qū)域，以便于保存和重復(fù)利用為基本原則。

（3）空中三角加密測(cè)量在獲取航拍影像資料的過程中，需要對(duì)每天的航拍影像質(zhì)量進(jìn)行檢查，直至每天的影像數(shù)據(jù)均符合相應(yīng)比例尺要求后保存。對(duì)最終的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括影像資料的拼接、剔噪處理、平差等處理，完成后對(duì)其進(jìn)行空中三角加密處理。空中三角加密處理是航空測(cè)量中重要的處理步驟，目的在于航拍過程中受地面植被、建筑物等遮擋造成影像資料中存在一定數(shù)量的“空白區(qū)”，最終使得影像資料中局部數(shù)據(jù)質(zhì)量無法滿足最終精度要求。此時(shí)，通過空中三角加密測(cè)量處理，以無人機(jī)拍攝過程中自動(dòng)生成的POS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用POS數(shù)據(jù)中包含的方位元素對(duì)空白區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)，將植被、建筑物等遮擋因素剔除，可有效的消除遮擋遺留的“空白”問題，進(jìn)而提高最終的影像精度。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行約束網(wǎng)平差等處理后可生成其他產(chǎn)品。

（4）補(bǔ)測(cè)及成果圖件輸出。在完成上述操作步驟的基礎(chǔ)上可生成礦區(qū)大比例尺地形圖，但此時(shí)所生成的地形圖仍然存在一定的缺陷，對(duì)于地形存在明顯錯(cuò)誤、漏洞、有爭(zhēng)議等區(qū)域，應(yīng)在地形圖上標(biāo)注出來，進(jìn)行野外補(bǔ)測(cè)或者調(diào)繪流程。在外業(yè)補(bǔ)測(cè)過程中一般借助其他現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)，如全站儀、GNSS、GPS-RTK等技術(shù)進(jìn)行，逐一解決上述問題，直至地形數(shù)據(jù)無誤后為止。將無誤的地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入至相應(yīng)的制圖軟件中，展開內(nèi)定向、相機(jī)畸變等處理，根據(jù)地形比例尺大小采集相應(yīng)密度的高程注記點(diǎn)以及其他地理信息，核對(duì)無誤后輸出最終的地形圖件。對(duì)最終的大比例尺地形圖進(jìn)行檢查處理，對(duì)存在問題的區(qū)域進(jìn)行修改，直至無誤后提高成果資料。

3 結(jié)語(yǔ)

航空測(cè)量技術(shù)在現(xiàn)代化地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在地形測(cè)量、地質(zhì)景觀測(cè)量等領(lǐng)域，具有精度高、成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)。航空測(cè)量顯著的降低了測(cè)量人員的外業(yè)工作量，不僅降低了測(cè)繪成本，而且降低了外業(yè)工作人員安全事故發(fā)生率。通過本次1/2000大比例尺地形測(cè)量工作結(jié)果顯示，使用航空測(cè)量技術(shù)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的精度能夠滿足礦區(qū)建設(shè)基本要求，成果質(zhì)量可靠。