探析無(wú)人機(jī)在大比例尺礦山地形測(cè)圖中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)具有運(yùn)輸和組裝方便、成本低、響應(yīng)快、避免空域控制、起飛方式多樣、數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、配套軟件系統(tǒng)，大比例尺礦山地形圖的自動(dòng)處理程度越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

鑒別原理：因?yàn)橛菜泻休^多的可溶性鈣、鎂化合物，待水分蒸發(fā)后，在玻璃片上殘留的固體物質(zhì)自然會(huì)較多，而軟水則較少。

1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量工作原理與特點(diǎn)

無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)是集多項(xiàng)高新技術(shù)為一體的測(cè)繪地理信息前沿技術(shù)，在無(wú)人機(jī)技術(shù)與航空攝影技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。工作原理是事先規(guī)劃好航飛路線與范圍，對(duì)測(cè)繪對(duì)象進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集，外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。根據(jù)影像的內(nèi)外方位元素進(jìn)行空三加密，計(jì)算每張影像的6個(gè)外方位元素，完成空三加密，在此基礎(chǔ)上通過(guò)建立密集點(diǎn)云，輸出高分辨率的航測(cè)成果（DOM）。

植物的生長(zhǎng)過(guò)程往往需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間，在描寫植物時(shí)我建議學(xué)生對(duì)其進(jìn)行一段時(shí)間的觀察，并拍下照片，寫作時(shí)讓他們一邊看圖，一邊回憶，把植物的生長(zhǎng)特征寫清楚，寫完整。

根據(jù)航攝成果人工制作線劃圖，經(jīng)整飾后形成最終的大比例尺礦山地形測(cè)圖成果。無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)由飛行控制系統(tǒng)、飛行平臺(tái)與影像傳感器三大部分構(gòu)成。①飛行控制系統(tǒng)主要用于對(duì)無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)的控制以及任務(wù)載荷的管理。②飛行平臺(tái)指無(wú)人機(jī)的機(jī)體，一般分為旋翼機(jī)、固定翼、混合翼等三類。③影像傳感器指用于開展航攝的各類傳感器等，如單反相機(jī)、多鏡頭的傾斜攝影相機(jī)等。

2 現(xiàn)有無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)概況

2.1 無(wú)人機(jī)垂直攝影測(cè)量

對(duì)于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量而言，它是當(dāng)前發(fā)展中的一種重要測(cè)量方法。特別是對(duì)于低空無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量，它是一項(xiàng)具有發(fā)展?jié)摿Φ臏y(cè)量技術(shù)，為技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展和數(shù)字城市的建設(shè)提供了支撐。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于它具有速度快、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，可以根據(jù)不同的地理環(huán)境改變相應(yīng)的形式和方向。因此，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在工程測(cè)量等相關(guān)領(lǐng)域顯示出很高的應(yīng)用價(jià)值。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，城市化速度明顯加快。城市進(jìn)行了區(qū)域規(guī)劃和水利布局。在開展工作之前，需要根據(jù)地形條件進(jìn)行綜合分析。數(shù)據(jù)需求也比較大，對(duì)質(zhì)量的要求也有所提高。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)由于其相對(duì)較高的分辨率，通過(guò)與數(shù)字測(cè)量軟件的集成，可以在一定程度上簡(jiǎn)化后續(xù)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)處理和分析，從而提高測(cè)量質(zhì)量。借助無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量，可以及時(shí)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)，采集量能夠滿足實(shí)際需要。由于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量具有較強(qiáng)的靈活性、較低的成本和方便的操作，對(duì)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響。礦山地形測(cè)繪是基礎(chǔ)工程中較為重要的環(huán)節(jié)之一，直接影響到施工質(zhì)量。因此，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在使用中需要合理使用，并應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究，以體現(xiàn)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量的作用。

2.2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

像控點(diǎn)布設(shè)包括四個(gè)方面的內(nèi)容，即影像分析、點(diǎn)位選取、像控點(diǎn)測(cè)量、像控點(diǎn)刺點(diǎn)。影像資料分析方面主要分析了航線間隔及旁向重疊度，分別以30%～40%、65%～75%為準(zhǔn)。無(wú)人機(jī)攝影作業(yè)區(qū)域，航向超出航空攝影區(qū)域范圍需要控制在3～6條基線。相片的傾斜角度、旋偏角、航線彎曲度，分別小于4°、8°、3%。高度方面，同一條航線高差應(yīng)在30m以下。在相片上的實(shí)際航線與設(shè)計(jì)航線之間的偏離范圍要求控制在10cm以內(nèi)，確保滿足精度要求，為有效控制技術(shù)，需要注意加密影控點(diǎn)的強(qiáng)化，在不規(guī)則區(qū)域內(nèi)，設(shè)置凹角處高程點(diǎn)。相片位移誤差不大于30m，在像控點(diǎn)測(cè)量方面，選擇了全站儀配合RTK雙頻GPS接收機(jī)，對(duì)本次的像控點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在像控點(diǎn)刺點(diǎn)方面，刺點(diǎn)誤差應(yīng)保持在相片上0.1mm以內(nèi)。

在明代，作為湯顯祖“臨川四夢(mèng)”之一的《牡丹亭》，同樣講述了一個(gè)男才女貌的才子佳人愛情故事，問(wèn)世以后，深受讀者喜愛，也產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響。沈德符《萬(wàn)歷野獲編》說(shuō)：“湯義仍《牡丹亭夢(mèng)》一出，家傳戶誦，幾令《西廂》減價(jià)。”陳石麟在《玉茗堂全集序》中說(shuō)：“惟‘思?jí)粲洝?。真堪壓倒王（?shí)甫），董（解元），關(guān)（漢卿），馬（致遠(yuǎn)）。 ”[3]由此，湯顯祖的《牡丹亭》也成為明代劇作的代表作品，它所體現(xiàn)的也是青年男女追求自由愛情，反對(duì)封建禮教的主旨。

3 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在礦山地形測(cè)圖測(cè)繪中的應(yīng)用現(xiàn)狀

垂直攝影測(cè)量是指無(wú)人機(jī)配備單鏡頭相機(jī)和定位姿態(tài)確定設(shè)備，根據(jù)一定的航向和橫向重疊以及航路規(guī)劃軟件規(guī)劃的航路軌跡，完成從空中到地面的垂直攝影。由于垂直攝影，獲得的圖像側(cè)面信息較少，主要是頂部信息。在有屋檐的區(qū)域，不可能糾正屋檐。它配備了非測(cè)量數(shù)碼相機(jī)，因此獲得的圖像有失真，并且朝向圖像邊緣的失真越大。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，需要對(duì)圖像進(jìn)行畸變處理。該方法主要用于制作數(shù)字正射影像、大比例尺礦山地形圖和數(shù)字高程模型。其優(yōu)點(diǎn)是圖像采集效率高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；缺點(diǎn)是單鏡頭，精度差，無(wú)法校正。

4 無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)在大比例尺礦山地形測(cè)圖中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 案例概述

選取自東向西飛行的整體航向，航空攝影地面高度控制在700m，相對(duì)航高控制在650m，地面分辨率平均0.13m。滿足測(cè)繪方案中要求的1：2000比例尺的成圖標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 航空攝影

以某礦山地形測(cè)圖測(cè)量為例，選擇1：2000大比例尺礦山地形測(cè)圖測(cè)繪為例，選定無(wú)人機(jī)測(cè)繪方案后實(shí)施測(cè)繪任務(wù)。做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，先根據(jù)航飛范圍布設(shè)像控點(diǎn)，再開展航空攝影測(cè)量任務(wù)。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理方面，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，精準(zhǔn)計(jì)算空中三角測(cè)量結(jié)果后，生產(chǎn)DEM與DOM等航測(cè)成果，基于航測(cè)成果、人工繪制礦山地形測(cè)圖并進(jìn)行精度分析。無(wú)人機(jī)生產(chǎn)大比例礦山地形測(cè)圖技術(shù)流程如圖1所示。

編者按:始于20世紀(jì)70年代的語(yǔ)言認(rèn)知研究關(guān)注的是語(yǔ)言與思維的關(guān)系，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同的視角描述和解釋人類認(rèn)知能力對(duì)語(yǔ)言結(jié)構(gòu)和表達(dá)的影響。近10年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，語(yǔ)言認(rèn)知研究呈現(xiàn)出跨學(xué)科、新范式和多維度的特點(diǎn)。為及時(shí)反映語(yǔ)言認(rèn)知研究的這些新變化，本刊特組織該領(lǐng)域的部分學(xué)者根據(jù)他們近幾年的研究成果撰寫了相關(guān)文章。這些文章分別從句法、語(yǔ)義及語(yǔ)用加工等方面，探討了認(rèn)知能力與語(yǔ)言結(jié)構(gòu)和語(yǔ)言表達(dá)的復(fù)雜關(guān)系，反映了語(yǔ)言認(rèn)知研究的前沿領(lǐng)域。本刊將這些文章分2018年第6期和2019年第1期兩期以專欄形式刊出，以促進(jìn)該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流和進(jìn)一步研究。

本次航飛選擇成都縱橫有限公司生產(chǎn)的CW10混合翼無(wú)人機(jī)，如圖2所示。

4.3 像控點(diǎn)布設(shè)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是遙感測(cè)繪領(lǐng)域的新興技術(shù)之一。通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上攜帶一組五鏡頭傾斜攝像機(jī)，采集垂直和傾斜等不同角度的圖像，將其分為前視圖、后視圖、左視圖和右視圖。它與IMU/DGPS合作獲取高精度的姿態(tài)和位置信息，并通過(guò)特定的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將所有圖像集成到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，獲得更完整、更準(zhǔn)確的地物信息。因此，與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，傾斜攝影技術(shù)具有效率高、精度高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

4.4 影像預(yù)處理

本次在DEM制作時(shí)，對(duì)成果進(jìn)行了人工編輯，保障了對(duì)復(fù)雜實(shí)物的細(xì)致分析與糾正處理，為DOM制作提供相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。自動(dòng)生成DOM過(guò)程中涉及對(duì)DEM數(shù)據(jù)的處理、對(duì)影像的勻光勻色處理、對(duì)相關(guān)色調(diào)的均衡處理。在實(shí)際開展DOM制作時(shí)，需要通過(guò)人工編輯方法對(duì)DOM進(jìn)行糾正處理、鑲嵌處理，盡量使其色彩與幾何特征滿足礦山地形測(cè)圖測(cè)繪后續(xù)的使用需求。

4.5 空中三角測(cè)量

在本次測(cè)繪工程案例中，地物點(diǎn)平面、高程點(diǎn)位中誤差分別為1.5cm、1.1cm，以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)繪制誤差分布圖，用以直觀性反映檢查點(diǎn)誤差情況，完成所有檢查點(diǎn)誤差分析后，發(fā)現(xiàn)本次測(cè)繪點(diǎn)位誤差均處于0～0.39m范圍內(nèi)，精度合格，符合1：1000礦山地形測(cè)圖測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)。完成精度分析后，將本次測(cè)繪所得1：1000礦山地形測(cè)圖數(shù)據(jù)與現(xiàn)有礦山地形測(cè)量圖在CASS制圖軟件中套合比較，全面了解應(yīng)用無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)所得的大比例尺礦山地形測(cè)圖精度，明確無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)效果。

4.6 DEM與DOM制作

由于無(wú)人機(jī)航攝過(guò)程中相機(jī)的系統(tǒng)誤差會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響，因此需要對(duì)影像實(shí)施預(yù)處理，具體參數(shù)需以相機(jī)檢校報(bào)告為準(zhǔn)，選擇DPGrid系統(tǒng)內(nèi)自帶的小像幅影像畸變差校正模塊，進(jìn)行畸變差改正處理。

4.7 礦山地形測(cè)圖繪制

空中三角形測(cè)量主要依據(jù)少量的野外控制點(diǎn)，獲取加密點(diǎn)坐標(biāo)以及影像外方位元素，提供更高精度的定向成果，保證數(shù)字礦山地形測(cè)圖的數(shù)字精度。空三測(cè)量通常包括四個(gè)流程，即相對(duì)定向、模型連接、平差解算、絕對(duì)定向。采用Smart3D軟件進(jìn)行全自動(dòng)空三測(cè)量。

4.8 影像成圖精度分析

本次精度分析中共抽樣了占本區(qū)域10%比例的4幅礦山地形測(cè)圖，對(duì)83個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行了外業(yè)檢查，地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差、高程中誤差分別為±0.69m、±0.72 m，滿足了本次測(cè)繪精度要求，指標(biāo)科學(xué)合理。在測(cè)量完成之后，需要全身審核無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量結(jié)果，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度、影像的完整度，結(jié)合設(shè)計(jì)方案，繪圖，經(jīng)過(guò)審核之后開展驗(yàn)收，出具評(píng)估報(bào)告，遞交上級(jí)部門。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)能快速高效完成大比例尺礦山地形測(cè)圖測(cè)繪以及DEM、DOM等測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)，逐漸在測(cè)繪地理信息產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在大比例尺礦山地形測(cè)圖測(cè)繪中，可根據(jù)實(shí)際的礦山地形測(cè)圖測(cè)繪對(duì)象、測(cè)繪內(nèi)容，選擇成本相對(duì)低廉、測(cè)繪技術(shù)相對(duì)便利的資源，設(shè)計(jì)與實(shí)際礦山地形測(cè)圖測(cè)繪需求一致的技術(shù)方案?；诖吮疚难芯靠傻弥瑹o(wú)人機(jī)技術(shù)在礦山地形圖測(cè)量中，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）擴(kuò)大測(cè)量范圍。在以往開展工程測(cè)量工作時(shí)，工作人員必須到達(dá)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)利用專業(yè)的測(cè)量?jī)x器來(lái)開展測(cè)繪工作。通過(guò)這種方式開展測(cè)量工作，會(huì)造成實(shí)際測(cè)量范圍比較小，并且不利于提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，進(jìn)而影響到整個(gè)測(cè)量工作的品質(zhì)。將無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用到測(cè)繪工程中，改變了傳統(tǒng)工程測(cè)量的方式，有效擴(kuò)大了工程測(cè)量的范圍，同時(shí)還可以改善工程測(cè)量的品質(zhì)，提高工程測(cè)量的速度。將無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用到測(cè)繪工程中，可以測(cè)量到工作人員難以到達(dá)的區(qū)域，同時(shí)通過(guò)無(wú)人機(jī)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)還具有較高的精準(zhǔn)性。因此，依托于無(wú)人機(jī)開展工程測(cè)繪工作，一方面可以有效改善測(cè)繪工程的品質(zhì)與速度，另一方面也可以提高測(cè)繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性與可靠性。

也正是冤家路窄，柳紅驚恐萬(wàn)狀地竄出玉米地，就瞧見那個(gè)偷瓜賊抱著一只大西瓜，篤悠悠地朝玉米地走來(lái)，他大概也把這片玉米地當(dāng)作掩護(hù)偷盜的天然屏障了。癩阿小走到玉米地邊上，剛想松口氣的當(dāng)兒，柳紅突然從玉米地里跳將出，沖他大喝一聲。與其說(shuō)他是被柳紅嚇倒了，倒不如說(shuō)是被這種突發(fā)性的狀況所嚇倒了；癩阿小見到柳紅就跟見到鬼似的。不由自主地扔下那只大西瓜，轉(zhuǎn)身就跑。

（2）提高地形測(cè)量安全性。在傳統(tǒng)測(cè)繪工程開展過(guò)程中，工作人員必須到測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察，然而我國(guó)國(guó)土面積龐大，各個(gè)區(qū)域的地形特征也有著明顯的不同，假如人員未能了解區(qū)域地形，盲目測(cè)量，將會(huì)威脅人員工作安全。此外，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，工作人員采用以往的測(cè)繪方式開展測(cè)量工作，會(huì)對(duì)該區(qū)域人民群眾的生命安全造成不良影響。而通過(guò)無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，工作人員不再需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查，直接可以通過(guò)無(wú)人機(jī)來(lái)獲取發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，并將其數(shù)據(jù)信息直接傳輸給救援單位。以此快速做出反應(yīng)，保證人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用，能夠有效提高地形測(cè)量的安全性，推動(dòng)我國(guó)測(cè)繪工程的進(jìn)一步發(fā)展。

（3）縮減測(cè)繪成本費(fèi)用。工程測(cè)繪本身屬于一個(gè)較為龐大的工程，需要投入大量的資金，在以往開展測(cè)繪工程過(guò)程中，工作人員需要大量購(gòu)買測(cè)繪設(shè)備、測(cè)繪儀器，還需要攜帶不同測(cè)量設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施勘測(cè)，測(cè)量數(shù)據(jù)等，這必然會(huì)導(dǎo)致測(cè)量工作產(chǎn)生較大的費(fèi)用支出，給測(cè)繪工程經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生較大的負(fù)擔(dān)，還會(huì)威脅人員安全。在測(cè)繪工程中，使用無(wú)人機(jī)技術(shù)，工作人員只需控制無(wú)人機(jī)就可以獲取測(cè)量區(qū)域的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，不再需要工作人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)繪。此外，工作人員也不用購(gòu)買各種規(guī)格的測(cè)量設(shè)備和儀器，節(jié)省了測(cè)繪工程成本支出，同時(shí)也免去了對(duì)測(cè)量設(shè)備和儀器的維護(hù)與保養(yǎng)。因此，在測(cè)繪工程中應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，一方面能夠降低測(cè)繪工程的成本支出，用最少的資金換取更大的價(jià)值，另一方面也可以降低測(cè)繪工程的資金占用。

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