礦山地形圖測量與成圖過程中無人機的應(yīng)用

袁貴洪，王緝?nèi)A

（1.柳州水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西 柳州 545007；2.柳州中南勘察有限公司，廣西 柳州 545007）

礦產(chǎn)地形圖測量和成圖作業(yè)中，數(shù)據(jù)的獲取，采取傳統(tǒng)航測法，是利用大飛機平臺搭載航攝儀，開展地面攝影和內(nèi)業(yè)處理工作。不過小區(qū)域地形圖測繪，難以應(yīng)用大飛機，因為周期長、成本高，進而影響著有人機的應(yīng)用。無人機低空數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的應(yīng)用，有效彌補了大飛機的缺陷，擴大了航空攝影測量范圍，獲得了不錯的效果。

1 無人機的應(yīng)用配置

在具體應(yīng)用中，要結(jié)合項目實際需求，配置設(shè)備和人力資源，保證作業(yè)順利開展。結(jié)合某測繪項目，分析無人機的應(yīng)用配置。該測區(qū)面積為3836272m2，長度為1562m，寬度為2456m，成圖比例尺為1:500，測區(qū)地形地貌復(fù)雜，海拔范圍為968m～4100m，谷峰相對高差在300m～1500m范圍內(nèi)不等，為中溫帶區(qū)域氣候，測區(qū)氣候條件立體多樣，增加了測量作業(yè)的難度。采取常規(guī)的測繪作業(yè)方法，無法按時、按質(zhì)完成測量和成圖任務(wù)，也難以直觀展現(xiàn)測區(qū)內(nèi)部的交通和植被等情況。因為無人機航攝系統(tǒng)的應(yīng)用，具有快速獲取高分辨率數(shù)字影像的優(yōu)勢，本文探討其生成所需比例尺數(shù)字線劃地圖和數(shù)字地面高程模型以及數(shù)字正射影像圖。在作業(yè)的過程中，考慮到無人機質(zhì)量比較輕，其極易受到低空氣流的影響，出現(xiàn)偏角誤差。除此之外，若重疊度設(shè)計比較小，極易出現(xiàn)航攝漏洞；若重疊度較大，則航飛重疊度會造成基高比減小，影響著高程精度，增加內(nèi)業(yè)工作量，加大了處理難度。基于相關(guān)的影像資料，無人機在數(shù)據(jù)采集信息的過程中主要是經(jīng)過自動和手動相結(jié)合，這樣能夠自動排除一些沒有效果的信息內(nèi)容，使獲取到的數(shù)據(jù)更加有效，提高了作業(yè)效率。經(jīng)過綜合分析，最終決定采取以下參數(shù)：1）相對航高設(shè)計為1000m；2）GSD設(shè)計為0.14m；3）航向重疊度設(shè)計為75%；4）旁向重疊度設(shè)計為45%。此次航攝作業(yè)，總計飛行24個架次，設(shè)計24條航線，總計獲得1965條影像。航攝參數(shù)如下：1）架次1。相對航高1000m；航向重疊度75%；航線間距為300m；曝光間隔為100m；GSD0.14m；照片數(shù)量982。2）架次2。相對航高1000m；航向重疊度75%；航線間距為300m；曝光間隔為100m；GSD0.14m；照片數(shù)量983。此次無人機外業(yè)測繪作業(yè)，總結(jié)投入4人，花費3天，完成測繪作業(yè)。

2 礦山地形圖測量與成圖過程中的無人機操作

（1）外業(yè)測量。無人機測量流程如下：首先，無人機能夠?qū)⒑綌z影像、POS數(shù)據(jù)與航攝相機參數(shù)進行有效結(jié)合，經(jīng)過預(yù)處理后，傳輸?shù)郊用芟到y(tǒng)中；其次，加密系統(tǒng)中的航攝數(shù)據(jù)經(jīng)過自由網(wǎng)PATB平差后，采取外業(yè)控制方式，提升加密結(jié)果的準(zhǔn)確性；最后，加密結(jié)果的輸出。當(dāng)每個架次航攝測量作業(yè)完成后，利用平臺將POS數(shù)據(jù)全部導(dǎo)出，并且檢查影像數(shù)據(jù)的重疊度和影像質(zhì)量。從檢查結(jié)果來說，兩個架次的無人機航空攝影影像數(shù)據(jù)的航向重疊度處于70-75%范圍內(nèi)，旁向重疊度處于40-45%范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)航攝漏洞，影像照片傾斜角＜3°，飛行質(zhì)量能夠達到礦山地形圖測量與成圖的具體要求。無人機測量流程具體如下：1）制定技術(shù)路線。在實際應(yīng)用中，基于無人機的礦產(chǎn)地形圖測繪技術(shù)應(yīng)用，主要是通過基礎(chǔ)控制測量和像片控制測量、解析空中三角測量以及數(shù)據(jù)采集等，獲得DLG、DEM以及DOM數(shù)據(jù)[1]。2）測量像控點。一般來說，測量像控點的位置，采取雙參考站快速靜態(tài)測量法和RTK動態(tài)測量法，運用GPS擬合法，獲得高程數(shù)據(jù)。

對于像控點的布置，按照每條航線3條～4條基線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置1對點，保證像控的選刺和整飾等，能夠達到基本設(shè)計要求。布點可以控制成圖的范圍，測段接頭位置沒有漏洞。刺點誤差以及刺孔的直徑都＜0.1mm，并且要刺透，沒有雙孔。點位說明要確切，略圖要完整。

（2）數(shù)據(jù)處理和成圖。測量數(shù)據(jù)和圖形繪制流程如下：①解析空中三角測量。在具體操作的過程中，使用的是全數(shù)字攝影測量工作站，經(jīng)過像點連接以及像控點量測等流程，自動完成空三加密以及DOM生成。對控制點文件以及相機文件等，進行相應(yīng)的檢查，保證輸入無誤后，進行像控點量測[2]。②外業(yè)調(diào)繪。在操作時，采取全野外調(diào)繪法，利用航空影像，借助自由網(wǎng)空三成果，生產(chǎn)DEM。③地形圖數(shù)據(jù)采集和編輯。利用全數(shù)字攝影測量工作站，進行數(shù)據(jù)采集。模型定向選擇的是空三自動恢復(fù)模型，實現(xiàn)立體測圖，進而減少二次誤差，提升立體測圖精度。開展采集作業(yè)前，需要開展空三精度檢查。并且使用像控點開展檢測作業(yè)，當(dāng)達到精度要求后，再開展后續(xù)作業(yè)。④生成DEM和DOM。使用專業(yè)軟件，進行DEM制作，確保其精度同經(jīng)過編輯后的地形圖數(shù)據(jù)相同。利用DEM成果數(shù)據(jù)，使用專業(yè)軟件，進行正射影像制作，并且檢查套合DLG數(shù)據(jù)。在進行測量數(shù)據(jù)處理時，工作人員要做好嚴(yán)格的把控。

具體來說，要將數(shù)字攝影測量技術(shù)，同IMU/DGPS系統(tǒng)相互融合，開展空三加密處理。根據(jù)各個元素以及數(shù)字微分糾正對正射影像進行求取，根據(jù)數(shù)據(jù)處理流程操作，獲得相應(yīng)的數(shù)字正射影像圖。在具體工作中，利用全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)相關(guān)需求，對采集的數(shù)據(jù)開展分層處理，最終依據(jù)收集的數(shù)據(jù)，對礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)地形圖進行制作。

（3）無人機測量結(jié)果分析。上述測繪項目中，在試驗區(qū)域內(nèi)部，采取基于GXCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK定位法，進行多個檢查點測量，并且把檢查點全部導(dǎo)入DLG成果，開展全面檢測。因為測繪地區(qū)地形陡峭，而且地物比較少，因此只進行高程精度檢查。選擇分布在易于判斷特征點的區(qū)域，開展數(shù)據(jù)采集作業(yè)，并且在圖紙上明確標(biāo)注測點的位置，便于數(shù)據(jù)對比分析。

本項目總計檢測216個高程點，高程中誤差值是0.155m，最大誤差值是0.271m。此次作業(yè)中，總計投入4人，用了3天便完成了外業(yè)測繪作業(yè)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作投入4人，用了3天完成任務(wù)?？傆嫽ㄙM6天，便完成了全部的測繪工作。

3 結(jié)語

綜上所述，礦山地形圖測量和成圖過程中，利用無人機攝影測量，可以快速得到所需要的地形圖。從無人機測量結(jié)果分析中可以得出在具體項目應(yīng)用的過程中，需要根據(jù)成圖比例尺和精度要求進行合理設(shè)計，嚴(yán)格按照技術(shù)操作流程完成數(shù)據(jù)采集和處理，才能制作出所需要精度的地形圖，以滿足相應(yīng)設(shè)計階段和生產(chǎn)的需要。