無人機(jī)航測技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用研究

肖 俊，曾瑞棟

（崇義縣自然資源局，江西 贛州 341300）

礦山測繪質(zhì)量和效率影響著礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用效率，尤其是井下資源開發(fā)與利用，精準(zhǔn)的礦山測繪是精準(zhǔn)開發(fā)的基礎(chǔ)。隨著動態(tài)GPS定位技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得無人機(jī)航測技術(shù)廣泛的應(yīng)用于各個測繪領(lǐng)域，尤其是礦山測繪領(lǐng)域的應(yīng)用，顯著的縮短了礦山測繪周期，提高了測繪效率和測量精度，對礦山建設(shè)有著積極的作用[1]。本文以無人機(jī)航測技術(shù)為研究對象，分析該技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用優(yōu)勢和主要應(yīng)用步驟，為推動該技術(shù)在礦山測繪領(lǐng)域發(fā)展提供幫助。

1 無人機(jī)航測技術(shù)的優(yōu)勢

（1）影像數(shù)據(jù)高分辨率優(yōu)勢。隨著我國北斗系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，顯著的提高了實(shí)時動態(tài)GPS定位精度，如我國車載GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)等，加快了無人機(jī)航測技術(shù)的快速發(fā)展。無人機(jī)航測技術(shù)是定位技術(shù)、圖像融合、無人機(jī)等技術(shù)的集合體?，F(xiàn)代化高精度定位系統(tǒng)和高效的圖像融合技術(shù)顯著的提高了航拍影像的分辨率，可達(dá)厘米級，為進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理帶來了更加精確的基礎(chǔ)資料。此外，與傳統(tǒng)的測繪手段及方法相比，無人機(jī)航測技術(shù)避免了大量外業(yè)測繪人員操作誤差以及人員無法到達(dá)的區(qū)域，適用于大面積、復(fù)雜地形地貌環(huán)境的測量任務(wù)。

（2）外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率高。無人機(jī)航測技術(shù)在執(zhí)行過程中外業(yè)數(shù)據(jù)采集是以航拍影像為主，即在較短的時間內(nèi)可獲得大量的航拍影像，與傳統(tǒng)的測繪方法相比，無人機(jī)航測技術(shù)僅需3天～7天就可完成礦山范圍內(nèi)的外業(yè)數(shù)據(jù)采集，明顯縮短了測量周期和外業(yè)采集數(shù)據(jù)工作量，即在單位時間了提高了外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率。因此，高效的外業(yè)數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)工程任務(wù)緊、工程周期短的測量工程的基礎(chǔ)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

（3）數(shù)據(jù)處理快的優(yōu)勢。無論是傳統(tǒng)的測繪技術(shù)還是現(xiàn)代化測繪技術(shù)，均需面臨數(shù)據(jù)處理的問題。與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比，無人機(jī)航測技術(shù)具有較高的數(shù)據(jù)處理速度，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是數(shù)據(jù)獲取方式是以航拍影像和POS數(shù)據(jù)等形式進(jìn)行，避免了數(shù)據(jù)的手動錄入等缺陷[2]；二是獲得的遙感數(shù)據(jù)具有相對較統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，減少了坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換頻次；三是數(shù)據(jù)格式的同一性，僅需進(jìn)行濾波、去噪等處理就可以進(jìn)行空三加密等后期處理。

（4）經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)勢。無人機(jī)航測技術(shù)具有高的社會經(jīng)濟(jì)效益，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是無人機(jī)航測技術(shù)以現(xiàn)代化定位技術(shù)、圖像融合和無人機(jī)技術(shù)為主，實(shí)現(xiàn)了快速測繪的目的，有效的降低傳統(tǒng)測繪周期長、工作量繁雜的缺陷，提高了社會經(jīng)濟(jì)效益；二是縮短了測繪周期，實(shí)現(xiàn)了單位時間內(nèi)高效測繪的目的，提高了無人機(jī)航測設(shè)備的利用率，使得儀器設(shè)備在相同的時間內(nèi)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 無人機(jī)航測技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用

在進(jìn)行礦山測繪之前，需要收集礦山區(qū)域地形地貌等資料，進(jìn)行外業(yè)踏勘，編寫航拍設(shè)計，其工作流程見圖1所示。

圖1 無人機(jī)航測技術(shù)操作流程示意圖

（1）航線及像控點(diǎn)設(shè)計。航線設(shè)計是提高無人機(jī)航測質(zhì)量的基礎(chǔ)，要根據(jù)礦山測繪面積、地形地貌特征進(jìn)行確定，若測繪面積較大，且地形地貌多變，則需對礦山范圍劃分子區(qū)塊，將地形地貌特征相近且相鄰的區(qū)域劃分為同一子區(qū)塊，再按照不同子區(qū)塊進(jìn)行航線設(shè)計；設(shè)計過程中為了防止無人機(jī)飛行過程中出現(xiàn)“留白”，則需根據(jù)地形地貌設(shè)計旁向重疊度、航向重疊度等參數(shù)，并注明無人機(jī)的飛行方向、高度，航線的數(shù)量等信息。此外，無人機(jī)精確飛行受地面像控點(diǎn)影響較大，將像控點(diǎn)均勻、合理的布設(shè)在測繪范圍內(nèi)，不僅能夠引導(dǎo)無人機(jī)按照設(shè)定航線飛行，還能夠有效降低“留白”問題。像控點(diǎn)的布設(shè)一般根據(jù)航向、旁向重疊度布設(shè)4條～5條基線[2]，在不同子區(qū)塊或者影像的結(jié)合部位相應(yīng)增加像控點(diǎn)數(shù)量。

（2）空三加密處理。無人機(jī)航測能夠在較短的時間內(nèi)獲得較大面積的航拍影像數(shù)據(jù)，但在地形地貌復(fù)雜、植被覆蓋較厚的區(qū)域常遇到“留白”問題，在航拍死角區(qū)域出現(xiàn)“空白”問題。因此，使用無人機(jī)航測在進(jìn)行礦山測繪過程中往往出現(xiàn)局部較小區(qū)域測量精度達(dá)不到礦山測繪要求的現(xiàn)象，此時可通過空中三角加密測量就可消除或減少上述問題對測繪精度的影響[3]。空三加密處理是立足于影像方位元素展開的數(shù)學(xué)計算和預(yù)測，結(jié)合現(xiàn)代化數(shù)據(jù)處理軟件將各類干擾因素（植被、建筑物、噪聲點(diǎn)）剔除，可有效的彌補(bǔ)因“留白”或者“空白”問題而影響測繪精度的問題。

（3）數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理及成果圖件輸出。無人機(jī)航測技術(shù)縮短了外業(yè)數(shù)據(jù)采集周期，提高了外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率，但是將難點(diǎn)轉(zhuǎn)移到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理上。無人機(jī)航拍獲得的高分辨影像數(shù)據(jù)中包含了各類信息，如地形信息、植被信息、建筑物信息以及其他各類噪聲信息，對數(shù)據(jù)的處理均造成了困難。因此，如何探索提高數(shù)據(jù)數(shù)理質(zhì)量是當(dāng)前無人機(jī)航測技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。通常情況下，常用的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理包括外業(yè)采集大量影像的拼接、同名像點(diǎn)的轉(zhuǎn)點(diǎn)、粗差剔除、像控點(diǎn)聯(lián)測、區(qū)域網(wǎng)約束平差、校正、空三加密處理等流程，能夠在很大程度上將其他干擾因素剔除[1]。在完成數(shù)據(jù)的初步處理后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至相應(yīng)的繪圖軟件，開展內(nèi)定向、相機(jī)畸變、去測平均高程等處理，在完成上述操作后進(jìn)行礦山地形數(shù)據(jù)的采編流程[3]。在完成后可輸出相應(yīng)的成果圖件，對成果圖件進(jìn)行仔細(xì)核查，查看地形圖是否存在錯誤，若存在，需要外業(yè)補(bǔ)測的需進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測工作，直至輸出的地形圖無誤后可提交成果資料。

3 結(jié)語

由上可知，無人機(jī)航測技術(shù)在礦山測繪中具有明顯的優(yōu)勢，對促進(jìn)礦山建設(shè)有著積極的促進(jìn)作用，具有測繪周期短、效率高、分辨率高、成圖快的優(yōu)勢。但是，無人機(jī)航測技術(shù)將外業(yè)采集數(shù)據(jù)的難點(diǎn)轉(zhuǎn)移至內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理上，雖然現(xiàn)階段已有許多數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流程及方法，但均存在地形弱化、干擾信息強(qiáng)化的問題，因此，在今后的研究工作中，應(yīng)加強(qiáng)無人機(jī)航測數(shù)據(jù)處理方面的研究工作，使得無人機(jī)航測質(zhì)量更加可靠、準(zhǔn)確。