無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測(cè)量中的應(yīng)用

范寶爍

摘要：礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)與利用離不開(kāi)礦山大比例尺地形圖的測(cè)量工作，礦山地形圖測(cè)量精度影響礦山安全生產(chǎn)、資源準(zhǔn)確開(kāi)采以及支護(hù)防護(hù)、礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防等工程設(shè)計(jì)方案的合理制定，因此，礦山大比例尺地形圖測(cè)量工作至關(guān)重要。礦山大比例尺地形圖測(cè)量技術(shù)較多，隨著動(dòng)態(tài)GPS定位技術(shù)以及無(wú)人機(jī)航飛技術(shù)的發(fā)展，顯著的提高了無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的精度和可靠性，推動(dòng)了礦山測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展。本文以無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)為例，分析該技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用效果，為推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù);地形圖;大比例尺

1、無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)概況

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)是通過(guò)無(wú)人機(jī)飛行技術(shù)采集測(cè)繪區(qū)域的航拍影像，通過(guò)對(duì)航拍影像數(shù)據(jù)的處理流程而獲得礦山大比例尺地形圖以及其他成果圖件的新型測(cè)繪技術(shù)。隨著圖像融合技術(shù)、航空攝影技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)以及動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)的快速發(fā)展，逐漸實(shí)現(xiàn)了多角度影像匹配等技術(shù)，提高了無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的精度。

隨著無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)廣泛的應(yīng)用于工程測(cè)量、礦山測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用流程日益成熟，在大比例尺測(cè)量工作中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要包括：①明顯的縮短了測(cè)繪周期，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)是以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，搭載照相機(jī)等儀器獲得測(cè)繪區(qū)域的航拍影像，進(jìn)而對(duì)航拍影像數(shù)據(jù)處理獲得大比例尺地形圖，顯著的減少了測(cè)量人員外業(yè)數(shù)據(jù)采集周期，一般可在3天～5天完成，有效的縮短了測(cè)量周期，提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益;②具有高的航拍影像數(shù)據(jù)分辨率，隨著動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)以及圖像融合技術(shù)等的快速發(fā)展，顯著的提高了航拍影像數(shù)據(jù)的分辨率，分辨率可達(dá)厘米級(jí)，在后期數(shù)據(jù)處理過(guò)程中能夠獲得精度更加穩(wěn)定可靠的測(cè)繪數(shù)據(jù);③航拍影像數(shù)據(jù)獲取周期短，對(duì)礦山大比例地形圖測(cè)量任務(wù)來(lái)說(shuō)，測(cè)繪區(qū)域的面積不大，能夠在3天～5天內(nèi)完成相應(yīng)的測(cè)量任務(wù)，與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作;④社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益高，礦山建設(shè)是具有周期規(guī)劃的，更早的獲得礦山大比例尺地形圖有助于礦山建設(shè)任務(wù)的推進(jìn)，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得外業(yè)數(shù)據(jù)采集，與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，明顯的降低了外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作量，減少了測(cè)繪成本的投入，提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

2、航空攝影測(cè)量的發(fā)展

2.1航攝相機(jī)及航攝像片分類(lèi)

航攝影像的獲取屬于是測(cè)量作業(yè)開(kāi)展的第一步內(nèi)容，更是后續(xù)工作開(kāi)展的基礎(chǔ)所在。所以說(shuō)，具體航攝影像好壞情況，與后期航測(cè)作業(yè)質(zhì)量息息相關(guān)?，F(xiàn)如今，航攝儀器越來(lái)越先進(jìn)，遙感影像格式也出現(xiàn)了變化。站在物理屬性角度來(lái)說(shuō)，航攝影像主要包括膠片式和數(shù)碼式兩種類(lèi)型。其中，膠片式影像主要是在相機(jī)拍攝之后，對(duì)其中的底片進(jìn)行獲取，之后通過(guò)沖洗和打印形式來(lái)得到像片。數(shù)碼影像則是在拍攝完成之后，對(duì)電子形式的數(shù)碼影像進(jìn)行直接獲取，并不需要進(jìn)行沖洗等操作，便可以直接參與到后期工作，讓整個(gè)工作流程更加便捷。截止到目前，在航攝相片獲取上，主要以數(shù)碼相片為主，傳統(tǒng)膠片式方式漸漸被替代。

2.2無(wú)人機(jī)技術(shù)的興起

在傳統(tǒng)飛機(jī)攝影測(cè)量工作開(kāi)展過(guò)程中，雖然能夠展示出很多優(yōu)勢(shì)，但由于測(cè)量成本較高，開(kāi)展程序較為繁瑣，導(dǎo)致很多測(cè)量無(wú)法通過(guò)該種方式得到準(zhǔn)確結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的完善，無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)逐漸被人們所熟知。在無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建上，主要包括以下幾部分內(nèi)容，即無(wú)人機(jī)飛行裝置、飛行控制系統(tǒng)以及地面裝備系統(tǒng)等。在飛行裝置配備上，涉及到傳感器、導(dǎo)航器等設(shè)備，而且在無(wú)人機(jī)巡航速度、抗風(fēng)能力等方面均有明確要求。其次，在飛行控制系統(tǒng)研究上，主要是確保飛行平臺(tái)能夠始終處于正常工作狀態(tài)，這其中包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、信號(hào)接收機(jī)等。截止到目前，很多無(wú)人機(jī)上均會(huì)安裝自動(dòng)駕駛控制儀器，在起飛之后，可以對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)獲取，并不需要人工進(jìn)行控制和操作。

3、無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測(cè)量的應(yīng)用

3.1飛行方案的制定與地面控制測(cè)量

不同的礦山地形地貌差異較大，所獲的航拍影像分辨率也收地形地貌影像較為明顯。因此，為了有效的防止或者減弱地形地貌對(duì)航拍影像數(shù)據(jù)分辨率的影響，在開(kāi)始執(zhí)行飛行任務(wù)之前要對(duì)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行踏勘工作，對(duì)測(cè)量區(qū)域的地形地貌仔細(xì)劃分，若地形地貌變化較大，根據(jù)其特征劃分成不同的若干飛行子區(qū)塊，分別制定飛行方案。根據(jù)踏勘結(jié)果，編制航飛方案，將無(wú)人機(jī)的飛行高度、劃分的子區(qū)塊、航線數(shù)量、無(wú)人機(jī)航向等明確的標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖紙中。無(wú)人機(jī)的準(zhǔn)確飛行離不開(kāi)地面的控制測(cè)量，因此，依據(jù)踏勘結(jié)果在測(cè)繪區(qū)域內(nèi)布設(shè)像控點(diǎn)，布設(shè)原則一般按照區(qū)域四角布設(shè)平高控制點(diǎn)的原則進(jìn)行，在不同子區(qū)塊的影像結(jié)合部位要布設(shè)一定數(shù)量的像控點(diǎn)，便于不同子區(qū)塊的影像拼接使用。

3.2空三加密測(cè)量

在完成像控點(diǎn)布設(shè)的基礎(chǔ)上，按照航測(cè)方案進(jìn)行測(cè)繪區(qū)域航拍影像數(shù)據(jù)的采集工作，按照設(shè)計(jì)的航線方向、旁向重疊度和航向重疊度執(zhí)行飛行任務(wù)。但是在執(zhí)行影像數(shù)據(jù)采集工作過(guò)程中，由于礦山地形變化較大，植被遮擋等問(wèn)題的普遍存在，導(dǎo)致測(cè)繪區(qū)域范圍內(nèi)的部分區(qū)域無(wú)法獲得相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)，進(jìn)而在影像數(shù)據(jù)中出現(xiàn)“留白”現(xiàn)象，降低了無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的測(cè)量精度。為了有效的消除上述原因的出現(xiàn)，需要進(jìn)行空三加密測(cè)量流程，該方法是以航拍影像數(shù)據(jù)中的方位元素進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)算為基礎(chǔ)提出干擾因素的方法，可以有效的彌補(bǔ)因“留白”等問(wèn)題而造成精度降低的缺陷。

3.3影像數(shù)據(jù)處理及地形圖生成

在外業(yè)進(jìn)行航拍影像數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，每天必須檢查航拍影像質(zhì)量能否滿足礦山大比例尺地形圖測(cè)量要求，若不滿足，則需對(duì)該航線進(jìn)行重新拍攝工作，直至航拍影像滿足相應(yīng)比例尺測(cè)量要求為止。對(duì)檢查合格的航拍影像進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理，在完成空中三角加密測(cè)量工作后，對(duì)不同子區(qū)塊的航拍影像進(jìn)行拼接工作，并以同名像控點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行不同子區(qū)塊影像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)點(diǎn)、粗差剔除、區(qū)域網(wǎng)約束平差處理、校正等流程[3]，將處理后的影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入至相應(yīng)的制圖軟件中，開(kāi)展內(nèi)定向、相機(jī)畸變、去測(cè)平均高程等參數(shù)的建立工作，完成后，根據(jù)礦山地形數(shù)據(jù)進(jìn)行采編工作，核對(duì)無(wú)誤后輸出礦山大比例尺地形圖。

4、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在礦山大比例尺地形圖測(cè)量中也具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是針對(duì)礦山地形地貌復(fù)雜的測(cè)繪區(qū)域，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)更具有優(yōu)勢(shì)。本文以無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象，在簡(jiǎn)要介紹無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上分析了該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：北京賽沖機(jī)電科技發(fā)展有限公司）