無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

劉 梅

（江西省勘察設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330095）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和逐步轉(zhuǎn)型，在此過程中，利用先進(jìn)的無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)當(dāng)前的礦山環(huán)境進(jìn)行全面了解是相當(dāng)必要的。就我國的礦山測(cè)量方面的技術(shù)而言，無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)大大的降低了測(cè)量成本，提高了工作效率，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)、可信，是當(dāng)前社會(huì)環(huán)境中十分重要的測(cè)量技術(shù)之一。為此，本文將以無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量方面的應(yīng)用為主要研究對(duì)象，客觀闡述其在礦山測(cè)量方面的應(yīng)用及重要性。

1 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的工作原理

在無人機(jī)航空攝影技術(shù)方面，其主要具備了高空作業(yè)、攝影成像、遙控、微波傳輸及計(jì)算機(jī)影像處理等功能，在其工作的過程中，以高空為作業(yè)平臺(tái)，通過機(jī)載的形式來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控，其中，主要以高分辨率的CCD數(shù)碼相機(jī)、輕型的光學(xué)相機(jī)，紅外線掃描儀、激光掃描儀和磁測(cè)儀等設(shè)備進(jìn)行輔助，以獲取高分辨率、真彩色的數(shù)字影像，在通過專業(yè)的數(shù)字測(cè)圖、繪圖等軟件進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，再配合以高精度要求的繪圖制作工藝，以及各種比例尺的要求下得以完善和修飾[1]。其中，常采用的比例尺有：1:1000，1:2000和1:5000。

2 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)

作為現(xiàn)代化的新型測(cè)量技術(shù)，無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)得到了較大的應(yīng)用前景。客觀的對(duì)其進(jìn)行使用優(yōu)勢(shì)總結(jié)為：①勞動(dòng)強(qiáng)度低。在礦山工程的傳統(tǒng)測(cè)量過程中，需要將測(cè)量設(shè)備全部轉(zhuǎn)移至測(cè)量現(xiàn)場，如全站儀，大大地增加了測(cè)量人員的工作負(fù)擔(dān)，加大了工作強(qiáng)度，同時(shí)亦浪費(fèi)了測(cè)量人員的人力和精力。②測(cè)量效率高。利用現(xiàn)代化的無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，極大程度的減少了不必要的工程消耗，減少了人力資源的使用，大大的提高了測(cè)量工作的整體效率[2]。③成本低。在使用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的過程中，其減少了大型設(shè)備、人力資源等的消耗，降低了人力成本、物資成本。④機(jī)動(dòng)靈活。無人機(jī)是一種小型設(shè)備，便于工程測(cè)量中的攜帶，在測(cè)量時(shí)不易受到客觀環(huán)境因素的影響，其設(shè)備自身亦具備機(jī)動(dòng)靈活的客觀屬性。⑤精度高。無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、掃描技術(shù)及定位技術(shù)等多方面技術(shù)的有機(jī)統(tǒng)一體，在實(shí)際的測(cè)量中具有高分辨率、高精準(zhǔn)定位、高攝影攝像等多種功能，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的協(xié)同處理中，基本實(shí)現(xiàn)了礦山地質(zhì)、地形、地貌等的真實(shí)投影[3]。⑥安全性能高。該技術(shù)無需真人對(duì)其進(jìn)行駕駛操作，只需遠(yuǎn)程進(jìn)行遙控，或按規(guī)劃路線航行。

3 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

在某礦山工程中，為滿足測(cè)量需求，需采用現(xiàn)代化無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)其進(jìn)行全礦區(qū)數(shù)據(jù)信息采集，并以1:2000的比例尺進(jìn)行地質(zhì)圖繪制。該礦山工程位于某省西部地段，海拔約2300米，地形為山地，但地勢(shì)基本平坦，無大型障礙物，基本適用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)其進(jìn)行全景拍攝。

3.2 基本流程

（1）無人機(jī)航空攝影測(cè)量。全面綜合考究礦區(qū)的具體情況、攝影面積、周邊環(huán)境及氣候條件等客觀因素，在本項(xiàng)目中則采用華測(cè)P700E型的無人機(jī)，其中，續(xù)航時(shí)間基本達(dá)到2.5h，巡航速度約90Km/h，最大的有效荷載為5kg，搭載3500萬像素相機(jī)，鏡頭焦距為35mm，航線為礦區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)劃航線。

在實(shí)際的拍攝過程中，以5cm的地面分辨率，航片傾角不大于5°，偏角不大于15°為基本要求。在航拍結(jié)束后獲得的影像效果良好，清晰、飽滿、均勻，可提供真實(shí)、有效、全面的數(shù)據(jù)參考。

（2）像片控制測(cè)量。基于該礦山的特殊地質(zhì)地形，在擬定的測(cè)量方案中采取的是區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方案，其中，以兩條及兩條以上的平行線為主要航線，并分別布設(shè)平高控制點(diǎn)，在每對(duì)像控點(diǎn)出設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位設(shè)計(jì)，且相距一般不超過4條基線。此外，為了強(qiáng)化加密像控點(diǎn)的精度，需要在不規(guī)則的區(qū)域網(wǎng)中的凸角處增設(shè)平高點(diǎn)，凹角處設(shè)置高程點(diǎn)。為了保障加密控制點(diǎn)的質(zhì)量，以及充分考慮礦山的實(shí)際地礦信息，需要對(duì)高程控制點(diǎn)的平面左邊進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

（3）全數(shù)字空中三角測(cè)量。在實(shí)際的空中三角測(cè)量過程中，航拍數(shù)據(jù)的真實(shí)性、客觀性、有效性等是影像成本的必備條件。為此，拍攝設(shè)備必須是當(dāng)前市場中具備自動(dòng)化、專業(yè)化、高精度、高速度的影像拍攝及處理系統(tǒng)，如Pix4D軟件。其可以在無人工干預(yù)的前提下實(shí)現(xiàn)千萬張影像的快速處理，制作成專業(yè)、精確的二維地圖和三維模型。同時(shí)亦能完成原始影像的自動(dòng)校準(zhǔn)，提高攝影影響的精確度與精準(zhǔn)度。

（4）數(shù)據(jù)采集。在此過程中主要采用MapMatrix全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，其能自動(dòng)的完成數(shù)據(jù)采集，同時(shí)亦能準(zhǔn)確的將數(shù)據(jù)進(jìn)行采編入庫和數(shù)據(jù)處理。在此過程中，主要進(jìn)行的是立體模型的建立、DLG（數(shù)字線劃圖）和DOM（數(shù)字正射影像）的制作。

（5）精度檢測(cè)。參考文件為《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1:500、1:1000、1:2000數(shù)字線劃圖（DIG）》（CH/9008.1-2010）。實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果均符合規(guī)范要求。

表1 DLG圖中精度檢測(cè)結(jié)果

（6）成果提交。在對(duì)礦山的實(shí)際情況進(jìn)行全景測(cè)量完成后，需將測(cè)量的數(shù)據(jù)、繪圖、影像等資料進(jìn)行全面檢查，在總體質(zhì)量良好的情況下，進(jìn)行全面綜合性評(píng)價(jià)，合格后方可提交。

4 結(jié)語

在對(duì)礦山工程進(jìn)行實(shí)地測(cè)量中，無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)體現(xiàn)了極大的測(cè)量優(yōu)勢(shì)和技術(shù)特點(diǎn)，是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中必不可少的測(cè)量技術(shù)之一。在與多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行完成高效結(jié)合后，遙感技術(shù)、影像處理技術(shù)及攝像技術(shù)等都得到了一定程度的改進(jìn)與提升，反向亦推動(dòng)了無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。