無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量中的應(yīng)用

劉振偉，黃 瑛，謝 丹，路 佳

（湖州創(chuàng)新國土測(cè)繪規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，浙江 湖州 313000）

區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量是礦山工程中的重點(diǎn)內(nèi)容，區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量對(duì)于精度具有很高的要求。但在以往的區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量相關(guān)研究中，主要將側(cè)重點(diǎn)集中在區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量效率方面，但忽視了對(duì)于測(cè)量精度的要求，導(dǎo)致傳統(tǒng)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量與實(shí)際相比存在較大誤差，無法精準(zhǔn)執(zhí)導(dǎo)后續(xù)工作順利開展[1]。

基于此，本文將無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用在傳統(tǒng)測(cè)量方法中，致力于從根本上降低區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量中誤差。在此基礎(chǔ)上，并通過設(shè)計(jì)實(shí)例分析的方式，證明設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中的有效性。

1 無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)

無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)屬于我國高新領(lǐng)域的研究內(nèi)容，此項(xiàng)技術(shù)的提出，完全顛覆了傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)中存在的僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直檢測(cè)的問題。在使用提出技術(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)繪工作過程中，可在無人機(jī)上搭設(shè)多個(gè)傳感設(shè)備與通信設(shè)備，因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)同一點(diǎn)數(shù)據(jù)的多維度測(cè)繪。而使用此種測(cè)繪方式，更加有利于提供使用者一個(gè)直觀的觀看感受。

此項(xiàng)技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，同時(shí)也可以更具時(shí)效性的為使用者還原一個(gè)真實(shí)的地質(zhì)信息[2]。在無人機(jī)測(cè)繪中，可以設(shè)定一個(gè)航拍中心，以此中心作為無人機(jī)測(cè)繪的圓心，以此定位數(shù)據(jù)。而此項(xiàng)技術(shù)提供給測(cè)量者的精準(zhǔn)定位功能，可將地質(zhì)環(huán)境中多種有機(jī)物體進(jìn)行嵌入式定位，從而使獲取的影像、圖片等測(cè)繪數(shù)據(jù)信息內(nèi)容更加豐富，給予使用者更為優(yōu)越的使用體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)功能、性能的拓展。

2 基于無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量方法

基于無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，優(yōu)化后的區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量流程，如圖1所示。

圖1 本文設(shè)計(jì)方法測(cè)量流程

結(jié)合圖1所示，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容，詳見下文。

2.1 基于無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)采集地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)

為提高區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量精度，本文運(yùn)用無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，通過對(duì)檢測(cè)點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，在無人機(jī)上搭設(shè)多個(gè)傳感設(shè)備與通信設(shè)備，通過對(duì)同一點(diǎn)數(shù)據(jù)的多維度測(cè)量，采集地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)，主要包括圖片、WORD及紙質(zhì)格式的水文、工程鉆孔數(shù)據(jù)；地下水位、水質(zhì)監(jiān)測(cè)井，供水井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；水化學(xué)類型、礦化度圖等矢量圖件數(shù)據(jù)；紙質(zhì)水文、工程地質(zhì)剖面圖和剖面平面部署圖數(shù)據(jù)；PDF或WORD格式成井報(bào)告數(shù)據(jù)。以此，完成基于無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)采集區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.2 處理區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)

完成區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)采集后，本文基于無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，對(duì)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，其目的在于保證區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性?；跓o人機(jī)測(cè)繪技術(shù)將地質(zhì)環(huán)境中多種有機(jī)物體進(jìn)行嵌入式定位，得到高精度的區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量定位數(shù)據(jù)，給測(cè)量者的精準(zhǔn)定位功能。假定此過程可通過計(jì)算方程式加以表示，設(shè)其目標(biāo)函數(shù)為g，可得公式（1）。

公式（1）中，m指的是區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)特征點(diǎn)集合；j指的是處理有效信息集合；v指的是圖像清晰度；f指的是圖像完整度；P指的是區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)的失真權(quán)值；C指的是點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合；X指的是控制點(diǎn)空間點(diǎn)坐標(biāo)；q指的是無人機(jī)個(gè)數(shù)。通過公式（1），處理區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.3 建立區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)3D繪圖協(xié)議

在基于無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)處理區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，集合大比例尺地形圖測(cè)繪數(shù)據(jù)屬性要素（包括：測(cè)繪勘查區(qū)名稱、測(cè)繪勘查區(qū)編號(hào)、測(cè)繪勘查區(qū)面積及測(cè)繪重點(diǎn)工作區(qū)等），生成支持系統(tǒng)迭代分析的數(shù)據(jù)格式。分析區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)屬性，制作相應(yīng)的電子信息表。通過建立區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)3D繪圖協(xié)議，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)電子信息表的空間數(shù)據(jù)可視化。具體流程為：首先，通過HTML腳本制作Web交互式三維動(dòng)畫，以3D圖形的形式渲染大比例尺地形圖測(cè)繪數(shù)據(jù)。而后，利用OpenGL ES 2.0制作區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)API，以此建立區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)3D繪圖協(xié)議。

2.4 實(shí)現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量

在建立區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)3D繪圖協(xié)議的基礎(chǔ)上，下述將結(jié)合AutoCAD 2010平臺(tái)，基于CASS10.1地形地籍成圖軟件，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量。通過區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量信息顯示。區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量的具體流程為：首先，在CASS10.1地形地籍成圖軟件中調(diào)用上述處理完成的區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)中的點(diǎn)位在區(qū)域地質(zhì)地形圖上進(jìn)行顯示，為區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量提供多元化的數(shù)據(jù)源。針對(duì)一些潛在的區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量信息進(jìn)行重點(diǎn)特征分析，通過對(duì)多元次測(cè)量工程信息的有效識(shí)別。再通過全色數(shù)據(jù)的正射校正，對(duì)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，形成點(diǎn)云文件數(shù)據(jù)密集。而后，將區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量的分辨率融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域地質(zhì)地形圖的增強(qiáng)以及調(diào)色。最后，通過多景影像的鑲嵌，對(duì)附加信息進(jìn)行裝飾，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)部分針對(duì)設(shè)計(jì)測(cè)量方法的實(shí)用性提出，實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取某礦區(qū)。該礦區(qū)要求區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)精度，如表1所示。

表1 區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量精度（Km）

結(jié)合表1所示，實(shí)驗(yàn)軟件為prueartwr-101分析平臺(tái)，主要用于對(duì)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量精度的測(cè)試。首先，使用本文基于無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)量方法，進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量，通過prueartwr-101分析平臺(tái)測(cè)得測(cè)量方法相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差，記為實(shí)驗(yàn)組。再使用傳統(tǒng)測(cè)量方法，進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量，同樣通過prueartwr-101分析平臺(tái)測(cè)得測(cè)量方法相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差，記為實(shí)驗(yàn)組。在本次實(shí)例分析中，共設(shè)置10個(gè)控制點(diǎn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并將兩種測(cè)量方法相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差整理為表格，如表2所示。

表2 兩種測(cè)量方法相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差對(duì)比

通過表2可得出如下的結(jié)論：設(shè)計(jì)測(cè)量方法在相同的控制點(diǎn)中相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差明顯低于對(duì)照組，證明設(shè)計(jì)測(cè)量方法可以滿足區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量精度要求，值得在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中被大力推廣。

4 結(jié)束語

本文通過實(shí)例分析的方式，證明了設(shè)計(jì)測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。因此，有理由相信通過本文設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對(duì)本次大測(cè)量方法相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)一步提高測(cè)量方法相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差結(jié)果的可信度。這一點(diǎn)，在未來針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對(duì)區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為提高區(qū)域地質(zhì)地形圖測(cè)量的綜合質(zhì)量提供建議。