無人機航測在高原礦區(qū)測繪中的應用解析

薛永軍

(內蒙古自治區(qū)測繪院,內蒙古 呼和浩特 010051)

0 前 言

無人機遙感技術發(fā)展迅速，在不同的領域中都發(fā)揮著關鍵作用，通過對無人機航測技術的應用，不僅是現(xiàn)代科技術的體現(xiàn)，而且也是現(xiàn)代行業(yè)發(fā)展的趨勢。無人機航測是一種新型的航測技術，與傳統(tǒng)人機航測相比，具有操作簡單、隱蔽性高、成本低等特點，并且不容易受地形因素的影響，但是，在實際應用過程中，也會存在一定問題，因此，需要做好相應的分析工作。

1 無人機航測概述

1.1 無人機原理

在具體航測過程中，利用固定翼或多旋翼無人飛機器作為載體，選取GNSS 導航以及 IMU 的定姿模塊，通過該方式，就可以對高分辨率的數(shù)字相機進行應用，其在具體應用過程中起到的主要作用是對地面進行拍攝，同時還可以利用計算機軟件完成對獲取的數(shù)據(jù)的有效處理，通過以上操作，可以快速形成低空高分影像無人機航測系統(tǒng)[1]。新型的無人機航測系統(tǒng)在實際應用中，與傳統(tǒng)老式載人飛行器相比，不僅成本低，而且生產效率更高，對于促進行整個行業(yè)的發(fā)展來說有著重要作用。

1.2 無人機的結構

分析無人機系統(tǒng)構成，航測系統(tǒng)的主要組成結構為： 集成 GNSS、無線通訊、計算機相關的信息處理技術等；主要組件包括：固定翼或多旋翼無人機、傳感器、GNSS定位、數(shù)據(jù)處理器等多項內容[2]。

2 無人機航測技術在具體應用過程中的優(yōu)勢

現(xiàn)代對無人機航測技術進行應用，應當與人機航測技術的應用進行對比分析，通過分析可以無人機航測作為一種遙感技術，在具體應用過程中，具有廣泛的應用范圍，并且影像傳輸?shù)臅r效性較高，縮短了航測時間，可以降低人工成本，因此具有不錯的經濟效益。

1)良好的應急性能

礦山工程測繪期間，測繪工作任務繁雜，并且工程量較大，并且測繪過程中還會遇到許多困難，一些突發(fā)性事件會使測繪工作變得更加困難，針對出現(xiàn)的突發(fā)性事件，為了將影響控制在最小，降低損失，應急反應是一項十分關鍵的內容[3]。從以往礦山的測繪經驗來看，傳統(tǒng)的人機測繪工作會受到多方面因素制約，測繪期間一旦發(fā)生突發(fā)事件，無法及時采取有效的措施應對，這不僅會對測繪工作的正常開展造成不良影響，而且會引起較大的經濟損失，對礦山航測來說十分不利[4]。而采用無人機航測技術，如果航測期間遇到了突發(fā)事件，只要搭建一個相對比較平整的地面，就可以完成相應的降落操作，這大幅度減少了財力、人力支出，有效的控制了突發(fā)事件造成的損失。

2)作業(yè)速度快

測繪的周期與飛行的高度有著直接聯(lián)系，礦山航測過程中，飛行的速度通常都不會超過1 000 m，這種高度飛行，對空域的具體要求相對來說較低，因此，作業(yè)期間，不需要對空域進行申請，這在一定程度上簡化了作業(yè)流程，使工作效率得到了進一步提升，同時也降低了工作難度，可以快完成相應的航測工作，從而為日后工作的開展提供有利的數(shù)據(jù)支持，避免因為航測慢而對工作的開展造成制約。

3)數(shù)據(jù)準確

無人機航測之所以在礦區(qū)測繪過程中得到廣泛應用的一項主要原因是，該項技術與出人機航測相比，可以抵達到一些人機航測難以探測的地區(qū)，同時在無人機上搭設的攝像頭具有很高的分辨率，航測期間各個方面的效率都得到了進一步提高，由此可見，在礦區(qū)測繪過程中，對無人機航測技術進行合理應用，可以獲取準確的數(shù)據(jù)，并且在該過程中可以將合理的數(shù)據(jù)快速、精準的應用在測繪中，提升測繪效果[5]。

4)操作簡單

同傳統(tǒng)人機航測相比，無人機航測在應用期間有著較大提高，特別是在操作變得更加簡單化，這也使整個航測作業(yè)變得更加簡單。

5)降低成本

在礦區(qū)測繪期間應用無人機航測技術，也就是說，在測繪過程中對遠程操作完成相應的遙控作業(yè)，實際測繪中，選用機型得到尺寸較小，在該背景下，無論是操作費用，還是人工方面具有的優(yōu)勢都十分明顯，因此，在攻克了技術難過后，礦區(qū)測繪中應當合理地對無人機航測技術進行應用，特別是針對一些高原礦區(qū)的測繪，可以大幅度降低測繪成本。

3 礦區(qū)概況

某礦區(qū)位于我西南地區(qū)，平局海拔超過了3 000 m，受該地區(qū)地質和地理環(huán)境影響，礦區(qū)內的地物稀少，同時能由于風沙作用，形成了較厚的覆蓋層。相關工作人員對該地區(qū)進行了兩年左右的時間的勘查，通過勘察數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，該礦產具有品位高、床埋藏淺等特點。依據(jù)該地區(qū)礦山勘查開發(fā)的具體需要，通過探討，最終確定航測的面積大小為110 km2。

4 無人機航測關鍵技術

4.1 無人機航空攝影

具體航測過程中，應當嚴格的依據(jù)《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》中的具體要求，對地面的分辨率(GSD)加以確定，其數(shù)值為18 cm，相對航高為980 m，絕對高度達到了3 980 m，一共有4個飛行架次。航測過程中，采用的測圖的比例值為1∶2 000。依據(jù)大比例尺航測圖的具體特點，同時在航測期間，還要與當?shù)氐牡匦螚l件相結合，對于飛行架次的的具體曝光間隔、航線間隔等各項內容，都應當依據(jù)實際情況而定，只有各項內容合理，才能確保航片的重疊度能夠滿足要求，具體航測參數(shù)如表1所示。

表1 航測參數(shù)

采用無人機進行航測過程中，每一架次航測結束后，要通過合理的方式將像片中的數(shù)據(jù)導出。檢查重疊度和影響質量，完成相應的檢查工作后，要將POS數(shù)據(jù)導出，通過該方式處理后，多數(shù)像片傾斜角度都會在4.5(°)以下，超過8(°)的僅在總航片數(shù)量的10%左右。通過對航片進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)，獲取的影像的色彩十分均勻，并且較為清晰，顏色達到了飽和狀態(tài)，同時也沒有出現(xiàn)劃痕和云影等不良情況，具有不錯的層次感，反差適中，完全可以滿足實際使用需求。

4.2 控制好相應的像片

在研究區(qū)域內，設置D級和E級的GPS點，兩種不同級的GPS點個數(shù)分別為60點和120點，這些點將整個研究區(qū)域完全覆蓋，同時，在具體研究過程中可以發(fā)現(xiàn)，高程、平面精度都達到了相應的規(guī)范要求。依據(jù)礦區(qū)的的具體情況，最終設計南北飛行航線，依據(jù)《低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》中的實際要求，針對該區(qū)域外業(yè)依據(jù)6條基線逐航布設平高像控點160點[6]。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，測區(qū)內地物稀少，像控點的具體布設要以航前布設地表作為核心。像控點位于D、E級GPS點的基礎，對RTK方法進行合理應用，完成相應的測量工作。除此之外，在平緩地區(qū)較明顯的便道拐彎處等布設高程檢查點50點，調繪工作應當同步完成。

4.3 做好加密

區(qū)域網空中三角測量平差前，應當合理的應用畸變糾正程序對原始航空影像進行畸變差修改，通過該方式，實現(xiàn)無控制自由網平差。在具體作業(yè)過程中，應當對空三處理航線進行精準設計分析，在通過自動挑粗差點后，保證每個點都為同名點，并且要在此基礎上，對區(qū)域內得點的具體情況進行詳細檢測，對是否存在漏點情況做出準確判斷，并且應當通過手動方式，適當增加一些連接點，確保模型間的連接強度能夠達到要求標準[7]。完成上述操作后，對VirtuoZo AAT空三加密軟件進行合理應用，完成無人機航測影像區(qū)域網平差，區(qū)域網平精度統(tǒng)計結果如表2所示。

表2 區(qū)域網平差精度統(tǒng)計結果

通過表2中的數(shù)據(jù)可以看出，區(qū)域網平差結果完全符合《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》對1∶2 000山地精度的具體要求，滿足礦區(qū)測繪標準要求，因此在實際航測中能夠發(fā)揮出應有的作用。

4.4 立體測圖

利用VirtuoZo NT 全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)完成相應的立體采集工作。在具體航測過程中，模型定向應用空三自動恢復模型，完成立體測圖作業(yè)。相關工作人員在具體作業(yè)過程中，需要特別注意，在立體測圖基礎上，為了確保最終作業(yè)結果能夠滿足人們的需求，應當將D級和E級內的GPS控制點合理的展繪到數(shù)線劃圖(DLG)上，然后在作業(yè)期間，采用高等線內插方法， 對DLG高程精度情況進行詳細檢查與分析。在具體分析過程中，因為該地區(qū)的地物十分稀少，所以只對高程精度進行詳細檢查。具體檢查結果如表3所示。礦區(qū)測繪過程中，以《低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》中的具體規(guī)定的誤差的2倍作為高程誤差的具體限差，通過獲取的數(shù)據(jù)結果可以發(fā)現(xiàn)，最大高程無誤差值不到限差大小的2/3，滿足了相應的要求標準，因此，對其進行應用不會出現(xiàn)任何問題[8]。

表3 地形高程精度檢測結果

完成數(shù)據(jù)對采集的數(shù)據(jù)編輯后，將各種無用的數(shù)據(jù)刪除，然后通過直接內插的方式形成DTM，最終生產DEM。完成上述操作后，通過對 Orthomosaic 正射影像軟件進行合理應用，制作數(shù)字正射影像圖(DOM)。

5 無人機航測與傳統(tǒng)航測對比

1)以本次項目為例，對無人機航測與傳統(tǒng)航測的對比情況進行分析，在具體測繪過程中，航測和野外像片控制一共投入18人，各項作業(yè)在2天內完成。業(yè)內航測投入10名技術人員，在14天內完成相應的作業(yè)。如果針對該礦區(qū)的測繪工作，采用傳統(tǒng)的測繪方法，受地區(qū)地理環(huán)境，以及冬季可合理應用的時間短等多項因素影響，很難在14天內完成此項任務。通過對該項目進行分析，不難發(fā)現(xiàn)，通過對無人機航測技術進行應用，可以加快作業(yè)速度，減少野外工作量。并且，整個作業(yè)過程中的成本，與常規(guī)測量相比，僅為1/3左右，具有不錯的經濟效益。

2)傳統(tǒng)測繪方法在具體應用過程中，只能提供數(shù)字線劃圖，無人機航測則不同，不僅可以能夠為相應的工作人員提供數(shù)字線劃圖，同時也可以提供DOM、DEM 等成果，可以對各種成果進行綜合應用，應用起來更加方便。

3)本次進行測繪的礦區(qū)沒有植被覆蓋，地形相對來說比較破碎，許多地區(qū)的地形十分復雜，工作人員難以抵達，因此，測繪期間，如果采用傳統(tǒng)的測繪方法，無法完成對一些變換點的合理采集，這也就會導致成圖精度不均勻，圖面地形出現(xiàn)較為嚴重失真情況，通過具體分析可以發(fā)現(xiàn)，航測結果不會受到地形的限制，并且在具體應用過程中，具有較高的精準性，對地貌的具體情況可以高度還原，從而使地圖的整體精度得到了進一步提高。

4 結 語

在高原礦區(qū)測繪過程中，應用無人機航測技術優(yōu)勢明顯，并且采用無人機航攝測繪1∶2 000地形圖在高海拔礦區(qū)，能夠滿足各項規(guī)范對精度的具體要求。對于地面起伏較大的礦區(qū)，采用分區(qū)航攝方式布設航線，而在高差較大區(qū)域，為了提升影像質量，可以縮短航線間隔和曝光間隔，該方法在高原地區(qū)應用是可行的。航攝飛行絕對高度達到了3 980 m，對拓寬無人在高海拔地區(qū)的應用具有指導意義。

參考文獻：

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[8] 龔崇輝. 新型無人飛機在礦山生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測的實踐運用問題與建議探討[C]// 中國地質學會2015學術年會論文摘要匯編(下冊).北京：中國地質學會,2015.