無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用研究

龍凌媛

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和逐步轉(zhuǎn)型，當(dāng)前發(fā)展中需要利用更多全新的高科技來改變生活環(huán)境，不僅能夠大量節(jié)約人力和物力，還可以利用機(jī)器取代一些本身具有一定危險(xiǎn)性的工種，既可以保障人民群眾的生命安全與財(cái)產(chǎn)安全，也可以促進(jìn)我國科技的進(jìn)一步發(fā)展。無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用的一種高科技技術(shù)，能夠?qū)ΦV山環(huán)境進(jìn)行全方位的了解[1-2]。

1 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的工作原理與優(yōu)勢

1.1 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的工作原理

只有明確無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的工作原理，才能在礦山測量過程中更好地發(fā)揮無人機(jī)測量技術(shù)的優(yōu)勢。無人機(jī)在應(yīng)用時(shí)主要以高空作業(yè)為最基本的平臺，通過機(jī)載的形式來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控。在無人機(jī)開展應(yīng)用時(shí)，可利用具有高分辨率的電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)數(shù)碼相機(jī)，或者是輕型的光學(xué)式攝像機(jī)、紅外線掃描儀等一系列設(shè)備，輔助無人機(jī)工作，讓無人機(jī)在該地區(qū)獲取的數(shù)據(jù)信息具有高分辨率、真色彩的數(shù)字影像。通過大量數(shù)字測繪圖或者繪圖軟件等，都可以對其進(jìn)行深度的數(shù)據(jù)分析，并且配合高精度的繪制工藝來開展繪圖，滿足各類比例尺的實(shí)際要求。

1.2 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢

應(yīng)用無人機(jī)開展航空攝影比傳統(tǒng)的攝影技術(shù)攝影質(zhì)量更佳，并且具有以下幾點(diǎn)不可替代的優(yōu)勢。(1)勞動強(qiáng)度低。比如全站儀等測量設(shè)備在轉(zhuǎn)移的過程中，大幅度增加了人力、物力消耗，增加了工作人員的負(fù)擔(dān)。工作人員既要保證儀器本身不會損壞，也要考慮天氣因素對該地區(qū)現(xiàn)場的影響，工作負(fù)擔(dān)相對較大，難以提高工作的整體質(zhì)量。不僅如此，也浪費(fèi)了測量人員大量的精力，讓測量人員的實(shí)際測量效果難以得到提高。利用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)所消耗的人力、物力相對較少。(2)測量效率高。不再需要讓所有的工作人員直接到該礦山地區(qū)進(jìn)行測量，而只需要將無人機(jī)放入該礦山地區(qū)，就可以測量該礦山地區(qū)的整體數(shù)據(jù)，極大地提高了測量工作的整體效率，并且滿足了測量的實(shí)際需求。(3)測量的成本相對較低。和傳統(tǒng)的人工測量相比，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)可以不斷減少大型設(shè)備的使用。以往在開展測量的過程中，需要大量使用人力，同時(shí)大型設(shè)備是不可忽略的，不僅消耗了大量經(jīng)濟(jì)物資，還需要時(shí)刻考慮安全問題。利用無人機(jī)開展礦山攝影，獲取的數(shù)據(jù)更為全面，降低了物資的消耗，也滿足我國開展地形圖測繪對于人工的安全要求。(4)機(jī)動靈活性強(qiáng)。由于無人機(jī)是一種小型設(shè)備，受天氣的影響相對較小，在攝影的過程中，其工程測量相對方便，并且整體的測量不會受到客觀因素的過多影響，設(shè)備本身具有非常高的靈活性以及主動性，可以根據(jù)不同的環(huán)境選擇不同的數(shù)據(jù)測量方式，這種靈活性是人力在進(jìn)行傳統(tǒng)的地形圖測量時(shí)無法做到的。通過對環(huán)境、天氣的分析，使用不同的無人機(jī)測量模式，能夠滿足地形圖在繪制時(shí)的整體需求。

2 礦山測量中無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用

在礦山測量過程中應(yīng)滿足礦山的實(shí)際需求，并且采用現(xiàn)代化無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)對該礦區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全部采集，通過分析該礦區(qū)的數(shù)據(jù)，并且以1∶2 000的比例尺進(jìn)行地形圖繪制，能夠更好地分析并了解該區(qū)域數(shù)據(jù)的應(yīng)用方式[3]。

2.1 無人機(jī)航空攝影測量與全數(shù)字空中三角測量

在開展無人機(jī)航空攝影技術(shù)攝影測量時(shí)，應(yīng)全面考慮到該礦區(qū)的具體情況，該無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間基本已經(jīng)達(dá)到了2.5 h，而續(xù)航的速度則達(dá)到了98 km/h，航線可以根據(jù)整個(gè)礦區(qū)的面積進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃。而在航拍結(jié)束后，其所獲得的攝影效果相對較好，能夠滿足本次數(shù)據(jù)的實(shí)際需求，確保攝影成片的清晰、飽滿、均勻，所提供的數(shù)據(jù)是真實(shí)、全面且有效的。

2.2 像控點(diǎn)測量與無人機(jī)航空攝影

像控點(diǎn)布點(diǎn)測量精準(zhǔn)度同樣也是無人機(jī)航空攝影在礦山測量中應(yīng)用的一部分，像控布點(diǎn)的質(zhì)量直接決定了繪制礦山地圖時(shí)的比例尺。應(yīng)考慮到應(yīng)用無人機(jī)航空攝影技術(shù)開展礦山地圖繪制時(shí)，其像控點(diǎn)測量所采用的方法是連續(xù)運(yùn)行的參考站系統(tǒng)跨域資源共享(Cross-Origin Resource Sharing，CORS)，同時(shí)結(jié)合實(shí)時(shí)動態(tài)(Real-Time Kinematic，RTK)對像控點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。對無人機(jī)測量的數(shù)據(jù)以及參考站系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計(jì)算，得出最終的數(shù)據(jù)，用來繪制礦山地圖。無人機(jī)在使用時(shí)，由于其本身具有高精度、性能較好的GPS設(shè)備，同樣可以對像控點(diǎn)進(jìn)行部署，并且提高無人機(jī)航拍的整體質(zhì)量。相比于鎖定衛(wèi)星的能力，利用無人機(jī)接收衛(wèi)星信號的精準(zhǔn)度較高，可以在后續(xù)技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及地形圖繪制的過程中，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)對坐標(biāo)數(shù)據(jù)差額以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行分析，其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的效果更佳。通過CORS基準(zhǔn)站同步數(shù)據(jù)，同樣可以針對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取精準(zhǔn)度更高的像控點(diǎn)成果，滿足后續(xù)數(shù)據(jù)的分析與解算需求。由于本次礦山測量過程中所選擇的無人機(jī)是華測p700e型無人機(jī)，其所制定的地圖比例尺為1∶1 000，需要根據(jù)實(shí)際的地形圖以及礦山測量的整體情況進(jìn)行比例尺以及精度的調(diào)整。其目的是最大限度地滿足精度的形成條件，并且根據(jù)該地區(qū)的地形地況以及地質(zhì)等顯示得更加精細(xì)，在大比例尺測量精細(xì)作業(yè)中充分考慮該作業(yè)的方式以及整體效果，其中包括：該地區(qū)的地形條件、測繪方式以及航空影像性能之間的關(guān)系，為進(jìn)一步提高測量的效果做出貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，也應(yīng)該考慮到所使用的相機(jī)是否能在當(dāng)下發(fā)揮最大性能，有利于后期對數(shù)據(jù)和照片的分析與處理。

2.3 空三加密與數(shù)字線劃地圖、數(shù)字正射影像圖生成制作

利用無人機(jī)開展礦山地形圖測量時(shí)，需要無人機(jī)數(shù)據(jù)通過3次加密，確保無人機(jī)航空攝影測量的成像質(zhì)量能滿足數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求，同時(shí)讓無人機(jī)航空攝影的原始圖像的成像效果提升。該圖像成像時(shí)的整體質(zhì)量受到自由網(wǎng)平差、連區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差以及約束平差3個(gè)不同的平差影響。因此，在分析無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在礦山中的應(yīng)用時(shí)，需要對這3個(gè)平差進(jìn)行簡要分析，確保其成像的數(shù)據(jù)內(nèi)容可以應(yīng)用在實(shí)際分析中。

自由網(wǎng)平差主要是指在實(shí)際開展工作時(shí)，無人機(jī)工作需要選取粗差以及精匹配，目的是對相機(jī)成像的精度進(jìn)行確定，同時(shí)確保本次平差的誤差小于半像素質(zhì)。聯(lián)合平差則主要是指無人機(jī)在工作時(shí)會通過外業(yè)像控點(diǎn)導(dǎo)入數(shù)據(jù)，包括外方位元素的整體平差以及高精度的外業(yè)控制點(diǎn)。這些數(shù)據(jù)內(nèi)容都能讓聯(lián)合平差的效果得到提升，并且讓模板平差后的平面與高程誤差滿足本次礦山航攝測量的實(shí)際需求，提高其精度。

根據(jù)空三加密成果對其進(jìn)行分析，則可以建立該礦區(qū)的整體立體模型，即可以利用PixelFactory業(yè)內(nèi)繪制數(shù)字線劃圖來解決這一問題。要求工作人員根據(jù)PixelFactory軟件所繪制的圖形判斷礦山中的地貌、地物以及礦山本身的類別、礦山的屬性等，確保在繪圖的過程中，礦山繪圖、建立模型等都能夠更好地還原該礦山的實(shí)際樣貌。但是在繪制的過程中應(yīng)明確，利用PixelFactory軟件所繪制的數(shù)字線劃圖時(shí)，由于數(shù)字線劃圖存在無法繪制部分，需要重新進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪以及補(bǔ)測，才能提高其數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。開展外業(yè)的調(diào)繪成果分析時(shí)，可以利用的軟件為南方CASS軟件，對其進(jìn)行分層加編CASS碼，做到整分幅整飾，并且根據(jù)本次數(shù)據(jù)所檢查出的成果進(jìn)行分析，確保數(shù)據(jù)的應(yīng)用質(zhì)量后，可以將數(shù)據(jù)全部編號納入數(shù)據(jù)庫。利用數(shù)據(jù)就微分糾正法，同時(shí)結(jié)合高精度的數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)制作數(shù)字正射影像圖，對本次測量過程中的全部數(shù)據(jù)以及所得到的色彩進(jìn)行調(diào)整，讓相間的拼接線處更加合理，符合實(shí)際道路的情況。在處理拼接線時(shí)，需要盡可能讓拼接線沿著道路或者是礦山內(nèi)地面實(shí)體邊緣暗色地帶進(jìn)行繪制，其目的是讓拼接線能夠更加合理地放入礦山地形圖中，消除投影差以及影像錯(cuò)位導(dǎo)致的數(shù)據(jù)分析質(zhì)量不準(zhǔn)確問題，盡可能提高無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在礦山中的整體應(yīng)用質(zhì)量。