無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)在四臺(tái)礦矸石山地形測(cè)繪中的應(yīng)用

郭孟超

（晉能控股集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037000）

1 無(wú)人機(jī)測(cè)量原理

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量是在無(wú)人機(jī)上搭載高清攝影機(jī)，通過(guò)遙控器或者GPS 模塊控制無(wú)人機(jī)飛行，飛行過(guò)程中通過(guò)高清攝影機(jī)對(duì)地面物體進(jìn)行拍攝記錄，然后對(duì)拍攝的影像進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，從而得到測(cè)區(qū)的測(cè)量真實(shí)數(shù)據(jù)。

2 無(wú)人機(jī)測(cè)量的特點(diǎn)

無(wú)人機(jī)測(cè)量靈活機(jī)動(dòng)，可獲取比衛(wèi)星遙感和普通航攝分辨率更高的影像，且相對(duì)操作簡(jiǎn)便，成本較低，將測(cè)繪生產(chǎn)從人力密集型逐步向計(jì)算密集型過(guò)渡，提高了工作效率，減輕了測(cè)繪外業(yè)工作的強(qiáng)度。

3 實(shí)例應(yīng)用

晉能控股集團(tuán)四臺(tái)礦是我國(guó)首座設(shè)計(jì)能力為500 萬(wàn)t/a 的特大型現(xiàn)代化礦井，該礦矸石場(chǎng)地從2010 年開(kāi)始使用，根據(jù)計(jì)劃需在防滅火治理的基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。由于本場(chǎng)地地形發(fā)生了極大變化，原有地形圖已不能滿足本項(xiàng)目需求，因此決定重新繪制該區(qū)域地形圖。該矸石場(chǎng)地為南高北低走向的荒溝，末端作為矸石堆放場(chǎng)，場(chǎng)地長(zhǎng)約1.3 km，寬約0.2 km，為不規(guī)則形狀，區(qū)內(nèi)共有大型荒溝1 條，為“V”字形溝谷。由于山體植被以草本和灌木為主，采用傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)存在極大困難，且人員消耗多，工作效率低，不能很好地適應(yīng)本次測(cè)量項(xiàng)目。而無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的缺陷，因此將該技術(shù)應(yīng)用于本項(xiàng)目。

3.1 絕對(duì)航高選取

本項(xiàng)目無(wú)人機(jī)采用華測(cè)P700E 無(wú)人機(jī)，搭載尼康D810 全畫(huà)幅相機(jī)，鏡頭采用35 mm 鏡頭，有效像素為3600 萬(wàn)。通過(guò)原有地形圖獲取該區(qū)域最高標(biāo)高為1263 m，區(qū)內(nèi)中部溝谷為最低處，約1206 m，相對(duì)高差約為53 m。由于航攝分區(qū)內(nèi)的地形高差一般不大于1/4 相對(duì)航高，因此相對(duì)航高應(yīng)大于212 m，根據(jù)公式可計(jì)算出：

因此本次測(cè)量航飛取整選用1:6500 比例進(jìn)行航攝。相對(duì)航高為227.5 m。

絕對(duì)航高=最高標(biāo)高+相對(duì)航高=1 490.5 m。

3.2 像控點(diǎn)布設(shè)

本測(cè)區(qū)為南北狹長(zhǎng)的帶狀區(qū)域，為保證旁向重疊度大于56%，該測(cè)區(qū)共布設(shè)3 條航線，以保證個(gè)地物可以形成立體像對(duì)。像控點(diǎn)共計(jì)布設(shè)24 個(gè)，采用小木樁做標(biāo)記，均勻地布設(shè)于整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)，以確保能涵蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。平高點(diǎn)和高程點(diǎn)分別采用紅、藍(lán)色噴漆進(jìn)行區(qū)分，便于后期影像判讀。像控點(diǎn)測(cè)量采用RTK 測(cè)量技術(shù)，測(cè)量完成后對(duì)部分像控點(diǎn)精度進(jìn)行抽樣檢查，其平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)均滿足像控點(diǎn)測(cè)量要求，完全可用于內(nèi)業(yè)加密工作要求。

3.3 空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量主要是利用航攝相片與目標(biāo)物體之間的幾何關(guān)系，確定待求點(diǎn)的三維坐標(biāo)及相片的外方位元素，GPS 輔助空中三角測(cè)量利用裝在飛機(jī)和地面基準(zhǔn)站上的GPS 接收機(jī)，在攝影機(jī)曝光瞬間獲取攝影機(jī)的三維坐標(biāo)，并將其代入測(cè)量區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行平差，建立起影像與相對(duì)地物的幾何關(guān)系。傳統(tǒng)方法進(jìn)行空中三角測(cè)量不僅工作量大，而且會(huì)消耗大量時(shí)間，而空中三角測(cè)量方法很好地解決了這一問(wèn)題。

3.4 航飛時(shí)間選擇

由于無(wú)人機(jī)屬于輕型飛行器，其飛行質(zhì)量受風(fēng)速影響較大，直接影響成像的航向重疊度及旁向重疊度，還有可能造成無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)發(fā)生變化。由于該測(cè)區(qū)處于山地之中，地表覆蓋物較密集，且高差較大，因此在無(wú)人機(jī)測(cè)量作業(yè)時(shí)，盡量選擇晴朗無(wú)風(fēng)、大氣透明度高、光照充足的天氣，并且航飛時(shí)太陽(yáng)高度角盡量大于45°的時(shí)間段，以減少陰影區(qū)域?qū)斤w圖的影響。

3.5 質(zhì)量控制

良好的航攝影響是決定內(nèi)業(yè)線劃成圖質(zhì)量的重要因素，外業(yè)航飛工作完成后，需及時(shí)對(duì)航攝相片進(jìn)行檢查，特別是相片的旁向重疊度、航向重疊度、相片傾斜角、旋偏角、航高等影響內(nèi)業(yè)成圖的因素進(jìn)行重點(diǎn)檢查，影像的顏色飽和度、清晰度及色調(diào)反差等因素也是檢查的重點(diǎn)。

3.6 DLG 數(shù)字化成圖

數(shù)字化成圖主要是以點(diǎn)、線、面或者地圖特定符號(hào)，表達(dá)地理信息要素的數(shù)據(jù)集，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意數(shù)據(jù)的精度，對(duì)于不能準(zhǔn)確判別的地理要素，要及時(shí)進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪，確保數(shù)據(jù)錄入的完整性及準(zhǔn)確性。

完整的數(shù)字化成圖應(yīng)包含以下流程，如圖1。

圖1 數(shù)字化成圖流程圖

3.7 成圖精度檢測(cè)

本次無(wú)人機(jī)測(cè)量成圖完成后，采用全野外實(shí)測(cè)方法對(duì)所繪地形圖進(jìn)行全野外實(shí)測(cè)檢核，通過(guò)野外特征地物坐標(biāo)測(cè)量，平面坐標(biāo)最大中誤差為0.48 m，高程中誤差最大0.62 m，滿足《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1:500/1:1000/1:2000 數(shù)字線劃圖》中規(guī)定的平面中誤差不大于0.8 m，高程誤差不大于0.7 m 的規(guī)定。

4 結(jié) 論

測(cè)繪技術(shù)發(fā)展至今，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從傳統(tǒng)的手工操作到人工智能化，從接觸測(cè)量到無(wú)接觸測(cè)量，無(wú)不凝聚了幾代測(cè)繪人的心血與汗水，無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)作為測(cè)繪史上的一個(gè)新里程，為現(xiàn)代化測(cè)量提供了一種重要手段，其靈活性、可操控性和經(jīng)濟(jì)性已逐漸被人們廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。通過(guò)無(wú)人機(jī)在本項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)的作業(yè)流程有了更深一步的了解，盡管其在測(cè)圖精度上與傳統(tǒng)技術(shù)有一定的差距，但是隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)必定會(huì)有更進(jìn)一步的發(fā)展，其未來(lái)的應(yīng)用前景也必定更加廣闊。