無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山工程測(cè)量中的應(yīng)用

李維松

摘 要：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，極大地推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，同時(shí)改變了很多領(lǐng)域工作與生產(chǎn)的方式，以往需要耗費(fèi)大量人力物力的目標(biāo)通過(guò)現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)手段很輕松就可以實(shí)現(xiàn)，在當(dāng)今社會(huì)中科學(xué)技術(shù)正在轉(zhuǎn)化為巨大的生產(chǎn)力造福人類社會(huì)。礦山的工程測(cè)量屬于傳統(tǒng)的測(cè)量領(lǐng)域，在以往的工程測(cè)量中受到的限制是比較多的，同時(shí)效率也比較低下，但是現(xiàn)代無(wú)人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，在很大程度上改變了礦山工程測(cè)量的現(xiàn)狀，借助現(xiàn)代的無(wú)人機(jī)技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)多種地貌的工程測(cè)量，測(cè)量的成本也相對(duì)較低，因此在目前的礦山工程測(cè)量中得到了較為廣泛的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù);礦山;工程測(cè)量;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）10-0079-02

0 引言

現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的重要推動(dòng)力就是科技，現(xiàn)代國(guó)家之間的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)際上就是科技的競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)代諸多領(lǐng)域的發(fā)展也需要科技來(lái)推動(dòng)，近些年來(lái)，我國(guó)的科技水平有了一個(gè)比較大的進(jìn)步，以往停留在理論階段的科技成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力，同時(shí)過(guò)去一些價(jià)格比較高的科技產(chǎn)品也因?yàn)榭萍籍a(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步，價(jià)格降低了很多，從而得到了廣泛的應(yīng)用，無(wú)人機(jī)就是其中比較具有代表性的科技產(chǎn)品，一經(jīng)推出，就受到了各個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注，利用無(wú)人機(jī)可以便捷地高清航拍，高效率的農(nóng)業(yè)種植，以及低成本高精度的工程測(cè)量?？梢院敛豢鋸埖恼f(shuō)，無(wú)人機(jī)技術(shù)極大地推動(dòng)了諸多領(lǐng)域的發(fā)展，而且隨著無(wú)人機(jī)的廣泛應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)也更加的成熟，在工程測(cè)量領(lǐng)域正在發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，因此本文對(duì)無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在礦山工程測(cè)量中的運(yùn)用作出分析，希望能促進(jìn)無(wú)人機(jī)技術(shù)在工程測(cè)量領(lǐng)域的進(jìn)一步運(yùn)用。

1 無(wú)人機(jī)航航測(cè)概述

1.1技術(shù)原理

一般來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)分為固定翼無(wú)人機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)，在工程測(cè)量中一般選擇多旋翼無(wú)人機(jī)，因?yàn)槎嘈頍o(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更為靈活的飛行姿態(tài)調(diào)整，最重要的一點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的懸停，這一點(diǎn)對(duì)于工程測(cè)量十分的重要，因?yàn)楣こ虦y(cè)量需要無(wú)人機(jī)能夠保持在固定的位置才能實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量目標(biāo)的精準(zhǔn)測(cè)量，在工程測(cè)量中無(wú)人機(jī)需要搭載GNSS導(dǎo)航模塊和IMU模塊，可以有效提高測(cè)量的精度與測(cè)量的效率。在工程測(cè)量中主要是利用無(wú)人機(jī)搭載的高清相機(jī)對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行拍攝，然后再利用配套的軟件對(duì)拍攝的照片進(jìn)行分析，從而得出相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量效率與較低的測(cè)量成本。

1.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)

礦山測(cè)量的環(huán)境因素一般都比較復(fù)雜，因此在測(cè)量的過(guò)程中很可能發(fā)生一些突發(fā)的事件，針對(duì)這種情況一般的解決方案是利用燃油飛機(jī)進(jìn)行航拍測(cè)量，但是這種解決方案也存在對(duì)著很大的弊端，首先有人操作的航拍飛機(jī)出動(dòng)一次就需要耗費(fèi)大量的資金，而且又由于飛機(jī)本身的限制，航拍飛機(jī)不能做到超近距離的勘測(cè)，另外航拍飛機(jī)受到的影響因素也比較多，尤其是對(duì)天氣因素的要求比較高，一旦天氣不符合條件就不能起飛測(cè)量，而且測(cè)量時(shí)也存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。而無(wú)人機(jī)航測(cè)卻可以在很大程度上解決航拍飛機(jī)的弊端，首先隨著無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)的價(jià)格已經(jīng)越來(lái)越低，因此經(jīng)濟(jì)成本較低，在進(jìn)行測(cè)量作業(yè)時(shí)所消耗的電力成本幾乎可以忽略不計(jì)，其次無(wú)人機(jī)體型較小，因此可以滿足對(duì)不同環(huán)境類型的精確測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)超近距離的測(cè)量，最后一點(diǎn)是現(xiàn)代的無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，可以在各種復(fù)雜的條件下進(jìn)行測(cè)量，而且在測(cè)量時(shí)即使發(fā)生意外也不會(huì)引發(fā)安全事故。無(wú)人機(jī)工程測(cè)量在初期的發(fā)展階段，其測(cè)量的精度是不如傳統(tǒng)測(cè)量方法的，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，目前在測(cè)量的精度上已經(jīng)有了很大的提高，尤其是在搭載了高性能相機(jī)之后，其測(cè)量的精度已經(jīng)完成能夠滿足工程測(cè)量的要求。

1.3系統(tǒng)組成

在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中最核心的組件就是無(wú)人機(jī)的飛控平臺(tái)，飛控平臺(tái)包括兩個(gè)部分：一部分是無(wú)人機(jī)內(nèi)置的飛控芯片，負(fù)責(zé)保證無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)的穩(wěn)定性;另一部分是遙控設(shè)備，操作人員通過(guò)遙控設(shè)備對(duì)人機(jī)進(jìn)行操控。在無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，起到關(guān)鍵作用的是無(wú)人機(jī)所搭載的相機(jī)，無(wú)人機(jī)測(cè)量的精度在很大程度上取決于所搭載相機(jī)的質(zhì)量，一般鏡頭畸變比較大的相機(jī)，測(cè)量的精度也不好控制，無(wú)人機(jī)所拍攝的照片可以存儲(chǔ)在無(wú)人機(jī)的內(nèi)部，也可以實(shí)時(shí)傳輸給地面的接收設(shè)備，無(wú)人機(jī)所拍攝的照片不能直接轉(zhuǎn)化為測(cè)量的數(shù)據(jù)，需要專門的軟件對(duì)無(wú)人機(jī)拍攝的照片進(jìn)行分析，才能得出最終的測(cè)量數(shù)據(jù)。另外根據(jù)不同的測(cè)量任務(wù)，無(wú)人機(jī)也可以搭載不同的傳感器，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷成熟，現(xiàn)代的無(wú)人機(jī)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)較大的載重，飛行的時(shí)間也有保證，在電力不足的時(shí)候無(wú)人機(jī)可以自動(dòng)返航。

2 具體應(yīng)用策略

無(wú)人機(jī)技術(shù)具有十分明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此在目前諸多的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，在礦山測(cè)量中可以起到十分重要的作用，工程測(cè)量是對(duì)礦山進(jìn)行開發(fā)的前提，只有保證測(cè)量工作的效率和水平才能保證對(duì)礦山高效的開發(fā)。

2.1做好準(zhǔn)備工作

與平原地帶相比，礦山測(cè)量的環(huán)境較為復(fù)雜，天氣多變，大霧、大風(fēng)天氣會(huì)影響無(wú)人機(jī)航測(cè)穩(wěn)定性，同時(shí)山地、溝壑、樹木也會(huì)影響無(wú)人機(jī)航測(cè)感光度，進(jìn)而影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此，為保證礦山測(cè)量數(shù)據(jù)更具有應(yīng)用價(jià)值，測(cè)量團(tuán)隊(duì)在無(wú)人機(jī)航測(cè)之前就一定要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。首先就要提前勘察礦山環(huán)境，了解礦山地帶早中晚天氣變化規(guī)律，盡可能選擇選擇晴天和陰天進(jìn)行航測(cè)，以及有良好感光度和清晰度的時(shí)間航測(cè)，這樣才能保證航測(cè)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確度。其次做好航攝相機(jī)校檢工作，無(wú)人機(jī)航測(cè)之前有專業(yè)人員對(duì)航攝相機(jī)進(jìn)行校檢，保證相機(jī)各功能運(yùn)行正常，能夠在正式航測(cè)時(shí)拍攝到有價(jià)值的圖片信息[1]。

2.2設(shè)計(jì)航線

為了保證高效地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，在利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)量之前，需要提前規(guī)劃好測(cè)量的路線。因此需要測(cè)量人員提前對(duì)測(cè)量的區(qū)域進(jìn)行了解，基于測(cè)量工作的目標(biāo)要求，以及區(qū)域環(huán)境的特點(diǎn)來(lái)安排無(wú)人機(jī)測(cè)量的航線，并建立起一個(gè)準(zhǔn)確的航圖，在航圖中要標(biāo)出測(cè)量的距離、方向等關(guān)鍵的信息，從而保證無(wú)人機(jī)能夠高效準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量工作。

2.3地面控制

地面控制在業(yè)內(nèi)普遍被稱為業(yè)內(nèi)布點(diǎn)，布點(diǎn)的目的在于保證測(cè)量工作能夠覆蓋需要測(cè)量的區(qū)域，在航測(cè)前需要根據(jù)測(cè)量的相關(guān)要求，以及實(shí)際的地貌進(jìn)行布點(diǎn)，相關(guān)的工作人員在對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)測(cè)量工作進(jìn)行調(diào)整，避免在測(cè)量時(shí)出現(xiàn)死角。通常情況下，無(wú)人機(jī)航測(cè)會(huì)按照區(qū)域網(wǎng)四角布設(shè)平高控制點(diǎn)，并結(jié)合航線布設(shè)4條～6條基線，而檢查點(diǎn)則均勻布設(shè)在礦山測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，同時(shí)在航攝區(qū)域重疊部分也要布設(shè)相應(yīng)的相控點(diǎn)。

2.4無(wú)人機(jī)攝影和正射影像圖制作

在準(zhǔn)備工作、航線規(guī)劃和相控點(diǎn)布設(shè)完成后，可以開展無(wú)人機(jī)攝影工作，期間通過(guò)遙控技術(shù)和定位技術(shù)控制無(wú)人機(jī)在像控點(diǎn)位置反復(fù)拍攝礦山影像，技術(shù)人員要依據(jù)每次傳回的影像適當(dāng)調(diào)整航攝相機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，直到獲得理想清晰度的影像。在無(wú)人機(jī)拍攝完成后，利用計(jì)算機(jī)軟件制作正射影像圖，進(jìn)一步分析航測(cè)圖像。

2.5相控測(cè)量與影像迅速拼接

與傳統(tǒng)航測(cè)不同的是，無(wú)人機(jī)測(cè)量往往可以得到更多的影像資料，但是影像的畫幅普遍都不大，因此無(wú)人機(jī)航測(cè)在很大程度上屬于應(yīng)急測(cè)量，由于畫幅小，所拍攝的照片并不適合直接打印，因此需要后期對(duì)照片進(jìn)行拼接，才可以得到完整的區(qū)域圖像，這就需要在航測(cè)時(shí)均勻布置飛行時(shí)的測(cè)量點(diǎn)，并保證所拍攝的照片，色彩基本保持一致，工作人員需要對(duì)無(wú)人機(jī)所拍攝的照片進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)色彩差異比較大的照片需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拍，便于系統(tǒng)迅速對(duì)影像進(jìn)行拼接[2]。

2.6空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量是連續(xù)選取具有一定重疊的航攝相片，依據(jù)野外控制點(diǎn)建立區(qū)域網(wǎng)模型，以獲取加密點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程。一般來(lái)講，空中三角測(cè)量方法有三種，分別是航帶法、光束法和獨(dú)立模型法。航帶法是將一條航線上的航攝相片按順序放置在投影器內(nèi)，并相對(duì)建立單個(gè)立體模型，借助于相鄰模型之間的重疊部分，構(gòu)建比例尺統(tǒng)一的航帶立體模型，以此完善航線網(wǎng)模型;光束法是選擇一定數(shù)量的航攝相片，借助相片和野外控制點(diǎn)之間的聯(lián)系，將各相片的光束連成一個(gè)區(qū)域進(jìn)行整體平差，并解算出加密點(diǎn)的坐標(biāo)，前提條件是所選航攝相片中投影中心點(diǎn)、像點(diǎn)和相應(yīng)的地面點(diǎn)三點(diǎn)共線;獨(dú)立模型法是將航攝相片視為單獨(dú)模型，對(duì)單獨(dú)模型進(jìn)行整體平差運(yùn)算。綜合來(lái)看，光束法在理論計(jì)算中是最嚴(yán)密的，計(jì)算出的加密點(diǎn)精確度也最高[3]。

在實(shí)際測(cè)量中還會(huì)選擇POS輔助空中三角測(cè)量，POS包括GPS信號(hào)接收機(jī)和慣性測(cè)量裝置兩部分，POS可以直接獲得測(cè)圖所需的每張像片的6個(gè)外方位元素，能夠大大減少乃至無(wú)需地面控制直接進(jìn)行航空影像的空間地理定位。而后利用無(wú)人機(jī)處理軟件計(jì)算空中三角測(cè)量，為提高數(shù)據(jù)處理的便捷性，在建立東西航線后就可以利用POS數(shù)據(jù)自主建立自動(dòng)化航帶，增加部分連接點(diǎn)。值得注意的是，為保證航線與模型之間的關(guān)聯(lián)度，在加點(diǎn)時(shí)應(yīng)保證其與影像邊緣間隔一定距離，以免邊緣出現(xiàn)較大變形。

2.7 在數(shù)字礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

與手工測(cè)繪技術(shù)相比，信息化、數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在水土勘查中實(shí)用性更強(qiáng)，無(wú)人機(jī)航測(cè)礦山測(cè)量中同樣采用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)構(gòu)建礦山數(shù)字化模型，以便為礦山資源后期開發(fā)與利用提供重要參考。為此，在無(wú)人機(jī)航測(cè)礦山實(shí)踐中，除科學(xué)布設(shè)像控點(diǎn)外，還可以將影像信息導(dǎo)入ContextCapture等立體測(cè)圖軟件，自行匹配影像圖片，逐步完善礦山三維立體模型。同時(shí)利用業(yè)內(nèi)繪制軟件設(shè)定坐標(biāo)和邊線，有機(jī)融合數(shù)字畫像圖等數(shù)據(jù)，完成DOM、DEM數(shù)據(jù)處理，利用正攝影優(yōu)化影像圖，同時(shí)調(diào)整亮度與色調(diào)，獲得清晰的影像。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)相比于傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，可以以較小的成本實(shí)現(xiàn)高效率、高精度的礦山測(cè)繪，因此需要將無(wú)人機(jī)航測(cè)重視起來(lái)，并在使用中不斷完善無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為礦山的開發(fā)提供重要的數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

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[3] 朱萍.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2019（4）：241-242.