航空攝影測(cè)量在礦山地形測(cè)量中的應(yīng)用研究

魏國(guó)武（1967.10-）男，本科，測(cè)繪系主任，遼寧丹東，本科，副教授，遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學(xué)院，遼寧丹東，118303，研究方向：工程測(cè)量。

摘要：隨著技術(shù)發(fā)展水平的提升，航空攝影測(cè)量技術(shù)在礦山地形測(cè)量中也得到更為廣泛地應(yīng)用，并展現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值。基于此，本文對(duì)航空攝影測(cè)量技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)展開分析，并討論其在數(shù)據(jù)處理與質(zhì)檢分析、提升測(cè)量精度、地面測(cè)量控制、像控點(diǎn)測(cè)量等場(chǎng)景下的具體應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：航空攝影測(cè)量;礦山;地形;測(cè)量

引言：近年來，智能化、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展使礦山地形測(cè)量面臨著全新的發(fā)展與變革，相較于以往的測(cè)量方式，航空攝影測(cè)量具備速度快、效率高、精度強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此也在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、地形圖測(cè)繪及相關(guān)數(shù)據(jù)分析中得到有效應(yīng)用。

一、航空攝影測(cè)量技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)

1.原理

航空攝影測(cè)量技術(shù)在應(yīng)用過程中以高空作業(yè)為最基本平臺(tái)，并通過機(jī)載來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控。在無人機(jī)工作的時(shí)候還會(huì)輔以光學(xué)式攝像機(jī)、紅外線掃描儀等設(shè)備，從而提升數(shù)據(jù)信息獲取的完整性與準(zhǔn)確性。在完成數(shù)據(jù)獲取以后，還可以通過各類測(cè)繪軟件進(jìn)行分析，以滿足不同的測(cè)量要求。

2.優(yōu)勢(shì)

航空攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，顯著減少了設(shè)備運(yùn)輸、操作方面的成本，同時(shí)降低了外業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;第二，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用可以提升數(shù)據(jù)分析采集的精確度，更加真實(shí)地還原地形情況;第三，受到外界因素的影響較小，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性與靈活性[1]。

二、航空攝影測(cè)量在礦山地形測(cè)量中的應(yīng)用

1.數(shù)據(jù)處理與質(zhì)檢分析

航空攝影測(cè)量在數(shù)據(jù)處理和質(zhì)檢中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)于數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時(shí)修正以及綜合控制上。第一，通過該技術(shù)進(jìn)行測(cè)量可以對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)的安全性;第二，以平差計(jì)算原則為基礎(chǔ)借助有關(guān)算法可以對(duì)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)展開進(jìn)一步分析，提升數(shù)據(jù)質(zhì)檢水平;第三，在完成數(shù)據(jù)采集后還可以生成三維模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾與校正，有效開展數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)控制;第四，測(cè)量過程中還可以設(shè)計(jì)精度坐標(biāo)確保其可以實(shí)現(xiàn)1：1000擬合，降低誤差概率。

2.提升測(cè)量精度

結(jié)合以往的測(cè)量技術(shù)來看，在進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取的過程中往往會(huì)受到自然環(huán)境等外界因素的影響，從而降低數(shù)據(jù)精度。而航空攝影測(cè)量可以最大限度地規(guī)避自然條件影響，并通過三角矯正法解決測(cè)量盲區(qū)帶來的問題。與此同時(shí)，航空攝影測(cè)量還可以滿足多次補(bǔ)攝需求，避免了因影像虛化而產(chǎn)生的誤差，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精度的顯著提升。

3.地面測(cè)量控制

無人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量時(shí)存在的攝影死角問題會(huì)在一定程度上影響數(shù)據(jù)獲取，因此在測(cè)量之前可以設(shè)置地面控制儀，通過地面無人機(jī)雙向測(cè)量來提升數(shù)據(jù)精度。在設(shè)置地面控制儀之前需要布設(shè)相應(yīng)的監(jiān)控點(diǎn)，提升對(duì)地形變化的適應(yīng)能力。在此過程中，應(yīng)根據(jù)地形的具體變化情況調(diào)整測(cè)量密度，監(jiān)控地點(diǎn)應(yīng)盡可能布置在山體地形等自然地形變化較小的位置上，杜絕監(jiān)控死角進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全方位測(cè)量。值得注意的是，相關(guān)人員還需要在測(cè)量區(qū)域外也進(jìn)行監(jiān)控點(diǎn)布設(shè)，中間的邊界控制基點(diǎn)一般在邊緣輪廓航線以內(nèi)，且邊界航線兩側(cè)的監(jiān)控點(diǎn)半徑應(yīng)控制在基準(zhǔn)點(diǎn)范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地形的整體控制。

4.像控點(diǎn)測(cè)量及空三加密

像控點(diǎn)測(cè)量很大程度上影響了礦山測(cè)量制圖精度，通常在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中，可以借助CORS結(jié)合RTK來完成相控點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集。與此同時(shí)，在對(duì)參考站數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算的時(shí)候應(yīng)選用應(yīng)用性能強(qiáng)的GPS設(shè)備來提升定位精度，進(jìn)而提升后續(xù)坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換工作的精確性。而空三加密就是空中三角測(cè)量通過少量控制點(diǎn)對(duì)平面坐標(biāo)和高程數(shù)值等的計(jì)算，同時(shí)需要經(jīng)過三次加密來對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行校正[2]。其中，在控制自由網(wǎng)平差工作的時(shí)候，需要進(jìn)行粗差精度分析，并將誤差控制在半像素值以內(nèi);而開展聯(lián)合平差有關(guān)工作則需要導(dǎo)入外業(yè)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)后續(xù)模型平面和高程誤差的有效控制，使其可以更好地滿足精度要求。

（一）DIG、DOM生成制作

在完成空三加密之后以相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)完成礦區(qū)立體模型的構(gòu)建，并通過PixelFactory等軟件完成數(shù)字線劃圖的繪制。完成之后需要對(duì)其中的地形地貌類別進(jìn)行內(nèi)業(yè)判讀繪制，而對(duì)無法完成的部分則需要進(jìn)一步開展外業(yè)調(diào)繪和補(bǔ)測(cè)工作，從而保證數(shù)據(jù)精度的提升。除此以外，還可以借助數(shù)字微分糾正法配合精度較高的數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）完成數(shù)字正射影像圖的制作，注重對(duì)數(shù)據(jù)以及色彩的調(diào)整，提升拼接線對(duì)礦山地形圖的適應(yīng)性，避免因影像錯(cuò)位、色彩不均等問題而降低測(cè)量質(zhì)量。下圖為通過航空攝影測(cè)量拍攝的DOM正射影像圖。

三、航空攝影測(cè)量應(yīng)用案例分析

1.區(qū)域概況

本文以某礦區(qū)為例，整體航攝面積約為1KM2，南北長(zhǎng)約1KM，東西長(zhǎng)約0.9KM。其中最高海拔為1532米，最低海拔為1399米，其整體環(huán)境適合無人機(jī)測(cè)量作業(yè)。本次航測(cè)作業(yè)采用的是飛馬D200無人機(jī)航攝系統(tǒng)。

2.測(cè)量實(shí)施

結(jié)合航攝區(qū)域數(shù)據(jù)以及相關(guān)參數(shù)來看，整體測(cè)區(qū)面積較小，加上地形良好，有助于獲取高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)。同時(shí)，飛馬D200無人機(jī)航攝系統(tǒng)攜帶高精度IMU慣導(dǎo)系統(tǒng)，進(jìn)而也可以提升POS數(shù)據(jù)精度。整體測(cè)量區(qū)域內(nèi)布設(shè)2個(gè)檢查點(diǎn)、10個(gè)像控點(diǎn)，航攝基準(zhǔn)面為1463m，航向重疊80%，地面平均分辨率為6.5cm。與此同時(shí)，在測(cè)區(qū)內(nèi)還采用網(wǎng)絡(luò)RTK采集相控點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，確保可以將平面坐標(biāo)分量較差與垂直坐標(biāo)分量較差控制在2cm、3cm以內(nèi)。

3.數(shù)據(jù)處理

結(jié)合空三加密測(cè)算結(jié)果來看，檢查點(diǎn)的平面殘差與高程殘差分別是4.25cm與2.1cm，進(jìn)而有效滿足《低空數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量規(guī)范 CH/Z 3003-2010》中的相關(guān)規(guī)定。隨后，還需要借助三維EPS成圖軟件對(duì)地形線劃圖進(jìn)行矢量化處理，完成之后再進(jìn)行修改整飾工作，完成測(cè)區(qū)1：1000數(shù)字正射影像圖繪制。值得注意的是，為了保證航測(cè)數(shù)據(jù)的精確度和準(zhǔn)確性，必須根據(jù)礦山地區(qū)的實(shí)際情況與具體等級(jí)制定合理的處理方案。

四、結(jié)語

綜上所述，航空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)礦山地形測(cè)量中展現(xiàn)出十分突出的應(yīng)用價(jià)值，其可以有效應(yīng)用到數(shù)據(jù)處理與質(zhì)檢分析、提升測(cè)量精度、地面測(cè)量控制以及像控點(diǎn)測(cè)量及空三加密等多種場(chǎng)景下。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用還可以提高測(cè)量效率、減少人工成本，因此在后續(xù)測(cè)量工作中有必要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用與研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍凌媛.無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技，2020，17（18）：11-12.

[2]任本偉，彭占山.無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在礦區(qū)地形測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2021，44（04）：202-203+207.