無人機(jī)航測在礦山測量中的應(yīng)用

高書東

（山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺(tái) 264003）

1 無人機(jī)航測技術(shù)概述

（1）無人機(jī)航測技術(shù)的原理。無人機(jī)航測是以無人機(jī)為載體，將數(shù)碼相機(jī)等小型航拍設(shè)備裝載到無人機(jī)上，通過操作無人機(jī)，使其按照預(yù)先設(shè)定好的航線進(jìn)行飛行，并由航拍設(shè)備對(duì)待測區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)信息和影像信息收集的一種技術(shù)[1]。該種技術(shù)是結(jié)合了多種現(xiàn)代化技術(shù)和手段，具有效率高、成本低、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在測繪領(lǐng)域，無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用能夠獲得準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)和影像信息，為工程測繪、建設(shè)提供了重要依據(jù)，有利于工程項(xiàng)目的建設(shè)。

（2）無人機(jī)航測技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。就作業(yè)周期來說，無人機(jī)的飛行高度在一定程度上決定著作業(yè)周期的長短。無人機(jī)的飛行高度通常控制在1000m以內(nèi)，此飛行高度對(duì)空域要求不高，在一定程度上提高了無人機(jī)飛行的效率，縮短了無人機(jī)的作業(yè)周期，為后續(xù)的工作開展提供充裕的時(shí)間。

（3）采集的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確度高。與傳統(tǒng)的人機(jī)航測相比，無人機(jī)航測可以到達(dá)一些環(huán)境復(fù)雜、惡劣的地區(qū)進(jìn)行探測，并且能夠采用分辨率較高的攝像頭，對(duì)測區(qū)進(jìn)行航攝，極大程度上提高了工作質(zhì)量和增加了工作效果，從而獲得高精度的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而為工程制定施工方案提供支持。

2 無人機(jī)航測在礦山測量中的應(yīng)用研究

（1）工藝流程。應(yīng)用無人機(jī)航測技術(shù)進(jìn)行礦山測量，主要包括以下幾方面內(nèi)容：其一，通過無人機(jī)航空攝影，收集原始的礦山數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行圖像控制點(diǎn)測量、基本控制測量；其二，在空三加密的基礎(chǔ)上，自動(dòng)獲取圖像點(diǎn)的坐標(biāo)，且借助區(qū)域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而明確外部方向元素的空間位置、圖像的加密點(diǎn)；其三，利用空三加密的結(jié)果，繪制數(shù)字線劃圖（DLG）、構(gòu)建數(shù)字高程模型（DEM）和制作數(shù)字正射影像圖（DOM），最終完成“3D”產(chǎn)品的制作[2]。

（2）無人機(jī)航空攝影。根據(jù)待測地區(qū)的地形條件，結(jié)合比例尺要求，設(shè)計(jì)好無人機(jī)的航飛路線，確定好無人機(jī)的起落位置，選擇適宜的攝影設(shè)備、測繪方法，從而達(dá)到工程規(guī)劃設(shè)計(jì)需要的地形圖比例尺和精度。在做好一系列準(zhǔn)備工作后，選擇良好的天氣進(jìn)行無人機(jī)航空攝影工作，以保障獲取的圖像清晰，顏色飽和。

（3）像控點(diǎn)測量。就圖像點(diǎn)布設(shè)來說，主要包括兩種方法，一種是利用航空照片拍攝點(diǎn)，另一種是在GPS控制點(diǎn)上建立坐標(biāo)。通過像控點(diǎn)測量，確保測量的有效性、可靠性。需要注意的是，在選擇像控點(diǎn)時(shí)，應(yīng)多選擇一些控制點(diǎn)，用于結(jié)果的校驗(yàn)，從而提高測量的質(zhì)量。

（4）空三加密。為了提高圖像的可靠性，則需要通過空三加密來校正原始圖像，之后通過自由網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整圖像。在自由網(wǎng)平差過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：一是選取粗差與精度匹配來對(duì)同名像點(diǎn)的精度進(jìn)行調(diào)整，從而減小像點(diǎn)誤差；二是檢查測量區(qū)域中的同名圖像點(diǎn)分布，從而有效連接模型；三是完成上述工作后，對(duì)測量區(qū)域進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，從而提高圖像的準(zhǔn)確性和精度。

（5）DOM、DEM生成制作。根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)和圖像信息以及空三加密的結(jié)果，借助計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件，構(gòu)建數(shù)字高程模型和制作數(shù)字正射影像圖。利用DEM對(duì)原始圖像進(jìn)行校正，使得測量區(qū)域內(nèi)的正射影像無縫連接和無損變形。通過應(yīng)用繪圖軟件，能夠?qū)ζ唇訄D像進(jìn)行自動(dòng)著色，完成DOM、DEM的制作，然后對(duì)其進(jìn)行裁剪、繪制，從而滿足圖像尺寸的要求。并計(jì)算誤差，判斷生成的DOM的精度是否滿足要求。

3 應(yīng)用案例

（1）工程概況。本次研究測區(qū)是山東省乳山外莊礦區(qū)，總測繪面積為1.08km2，測區(qū)范圍為：東至段家村西，西至X23東600m，北至G039南200m，南至下洼村北1.5km。為了滿足乳山外莊礦區(qū)地質(zhì)勘查及礦山建設(shè)的工作需要，對(duì)外莊礦區(qū)采用無人機(jī)航測技術(shù)，制作1：1000的地形圖和正射影像圖。

（2）無人機(jī)航測的技術(shù)要求。本次無人機(jī)航測采用大疆MJI M600pro六旋翼搭載睿鉑D2傾斜攝影相機(jī)拍攝，相機(jī)總像素：≥120MP。測區(qū)采用的是2000國家大地坐標(biāo)系，地形圖成圖比例尺為1:1000，基本等高距為1m。

（3）布設(shè)像控點(diǎn)，相機(jī)檢校。本測區(qū)采用SDCORS測量技術(shù)均勻布設(shè)了17個(gè)像控點(diǎn)。另外，還對(duì)用于拍攝的相機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)調(diào)試，使其保持正常的工作狀態(tài)，從而有效完成航攝任務(wù)，獲取了理想的數(shù)據(jù)和圖像信息。

（4）無人機(jī)航測技術(shù)實(shí)施。測區(qū)內(nèi)地形為丘陵地區(qū)，地表植被以低矮農(nóng)作物為主，有少量種植園地，十分有利于開展無人機(jī)航測工作。根據(jù)乳山外莊礦區(qū)周圍環(huán)境，對(duì)無人機(jī)飛行航線進(jìn)行了規(guī)劃。測區(qū)內(nèi)共布設(shè)9條航線，航向及旁向重疊度分別為80%和60%，在預(yù)定的時(shí)間對(duì)測區(qū)進(jìn)行了無人機(jī)航測。在無人機(jī)航測完成后，相關(guān)人員對(duì)飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量做了相應(yīng)的檢查，經(jīng)檢查航攝重疊度、像片傾角和旋角、航高保持、攝區(qū)覆蓋等；圖像清晰、色彩柔和，無云影、大面積反光、污點(diǎn)等缺陷，均滿足要求。

（5）空三加密計(jì)算。航測完成之后，可以通過解析方法獲得相片外方位元素以及加密點(diǎn)坐標(biāo)，并對(duì)相片數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，從而保障框坐標(biāo)殘值的絕對(duì)值為0°。在加密計(jì)算時(shí)，為了提高測量和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要采用自檢校的平差手段來減少誤差，通過自由網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整圖像，從而保障數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

（6）圖像處理和DOM、DEM、DLG的生成。將無人機(jī)航測獲得的影像信息導(dǎo)入Context Capture軟件，對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)匹配，使得數(shù)據(jù)能夠有效拼接，最終完成三維立體模型的構(gòu)建。為了確保影像配準(zhǔn)的準(zhǔn)確度，應(yīng)對(duì)事先布置好的控制點(diǎn)進(jìn)行影像坐標(biāo)等數(shù)據(jù)的設(shè)置，并利用內(nèi)業(yè)繪制軟件設(shè)定邊線、輪廓、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，從而完成數(shù)據(jù)信息的匹配工作，進(jìn)而生成DOM、DEM。采用EPS三維測圖系統(tǒng)對(duì)測區(qū)進(jìn)行立體數(shù)字測圖，遵循“內(nèi)業(yè)定位，外業(yè)定性”的原則。對(duì)測區(qū)植被屬性、新增地物及內(nèi)業(yè)測圖判定不準(zhǔn)、遺漏的地物進(jìn)行了補(bǔ)測、補(bǔ)調(diào)，經(jīng)檢查合格后制作完成數(shù)字線劃圖。為該礦區(qū)的地質(zhì)勘查及礦山建設(shè)提供了基礎(chǔ)圖件資料。

（7）精度校核。本次測區(qū)采用SDCORS測量技術(shù)進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)，以同樣的方法布設(shè)了4個(gè)檢查點(diǎn)以方便后期檢查進(jìn)行精度檢核，同時(shí)對(duì)地物點(diǎn)精度進(jìn)行了檢查，共抽查26個(gè)地物點(diǎn)的平面及高程數(shù)據(jù)。通過對(duì)誤差的計(jì)算、對(duì)比和分析，得知各項(xiàng)精度指標(biāo)均滿足《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》的相關(guān)要求。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)航測技術(shù)在工程測繪中得到了廣泛的應(yīng)用。其中該技術(shù)在礦山測量中發(fā)揮了技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)測量方法相比不但減輕了外業(yè)工作強(qiáng)度、縮短了工作時(shí)間、提高了工作效率，并獲取了精確、可靠的礦山數(shù)據(jù)信息和圖像信息，并通過信息處理，獲得了數(shù)字線劃圖和數(shù)據(jù)正射圖像，其精度完全滿足現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求。從而為后續(xù)礦山的地質(zhì)勘查及礦山建設(shè)提供重要的依據(jù)，進(jìn)而推動(dòng)了礦業(yè)的發(fā)展。