無(wú)人機(jī)技術(shù)在地形測(cè)量中的應(yīng)用與精度分析

龐明偉

（中化地質(zhì)礦山總局湖北地質(zhì)勘查院，湖北 荊州 434000）

在礦區(qū)地形圖測(cè)繪的過(guò)程中，一般采用高精度定位、布點(diǎn)靈活且操作簡(jiǎn)便的GPSRTK技術(shù)。在信號(hào)被遮擋且人員無(wú)法進(jìn)入小面積區(qū)域內(nèi)進(jìn)行地形圖測(cè)量的情況下，需要將全站儀和GPS技術(shù)二者進(jìn)行結(jié)合才可完成。雖然兩種方式能夠滿足于一般礦區(qū)生產(chǎn)地形測(cè)量的需求，但是對(duì)于一些特殊地區(qū)則無(wú)法滿足，例如山高林密、庫(kù)區(qū)以及排土場(chǎng)下游等。這些特殊區(qū)域地形測(cè)量不僅工作量大，工期長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)人和儀器帶來(lái)一定的安全隱患，對(duì)此需要結(jié)合實(shí)際情況，合理運(yùn)用無(wú)人機(jī)技術(shù)。

1 無(wú)人機(jī)技術(shù)在地形測(cè)量中的應(yīng)用

1.1 無(wú)人機(jī)定義與工作原理

無(wú)人機(jī)主要使用固定翼或更多轉(zhuǎn)子作為載體，選擇CNSS導(dǎo)航以及創(chuàng)新?tīng)I(yíng)銷模塊，同時(shí)還可以加載一部高分辨率的數(shù)碼相機(jī)，從而對(duì)地面以及計(jì)算機(jī)軟件航拍照片處理工作中涉及的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面分析，形成無(wú)人機(jī)航拍圖像系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的載人航天器調(diào)查得出，器生產(chǎn)工作效率得到有效提升，并且大大降低飛行的經(jīng)濟(jì)成本。從工作人員的安全角度出發(fā)，金屬礦山測(cè)量合理運(yùn)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，不僅能夠大大縮短工期，還可以獲取到精準(zhǔn)且全面的參考數(shù)據(jù)，從而對(duì)地下的實(shí)際情況有所了解，做好相應(yīng)的保護(hù)工作。從開(kāi)采部門角度出發(fā)，在金屬礦山正式開(kāi)采之前，需要運(yùn)用無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)礦山的環(huán)境進(jìn)行勘測(cè)和了解，收集開(kāi)采礦山資源的詳細(xì)內(nèi)容。由此可見(jiàn)，合理發(fā)展是必要的，但仍需對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督。雖然相關(guān)監(jiān)督部門針對(duì)礦區(qū)開(kāi)采制定一系列措施，但在現(xiàn)實(shí)生活中礦區(qū)開(kāi)采仍存在一些問(wèn)題，因此，運(yùn)用遙感影像技術(shù)可以對(duì)開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證礦區(qū)開(kāi)采工作順利進(jìn)行。

1.2 無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于地形測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

（1）高清晰、高精度。根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究表明，由于無(wú)人機(jī)收集數(shù)據(jù)信息的精度相對(duì)比較高，促使其在地形測(cè)量中應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)小，效率高。在地形地貌測(cè)量過(guò)程中，無(wú)人機(jī)近景測(cè)量需要亞米級(jí)別的精度，并且控制范圍需要控制在0.1m～0.5m之間。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的地形測(cè)量形式無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而無(wú)人機(jī)技術(shù)卻可以很好地完成。

（2）實(shí)施機(jī)動(dòng)、靈活性強(qiáng)。無(wú)人機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)地形測(cè)量對(duì)比而言，無(wú)人機(jī)在低空飛機(jī)時(shí)，不受天氣、起降場(chǎng)地、數(shù)據(jù)采集等客觀因素的影響制約，并且憑借自身的實(shí)施機(jī)動(dòng)以及靈活性等特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，全天任何時(shí)間內(nèi)皆可接受任務(wù)，其適用性相對(duì)比較強(qiáng)。同時(shí)，信息采集成本得到降低，信息采集工作效率得到提升。

（3）高效、全方位測(cè)量。無(wú)人機(jī)除了獲取地形平面數(shù)據(jù)之外，還可以對(duì)地形進(jìn)行全方面的測(cè)量，將既定的目標(biāo)、建筑物高分辨率等于遙感技術(shù)相結(jié)合，促使無(wú)人機(jī)測(cè)量力量不斷擴(kuò)大，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)傳輸，從而真正實(shí)現(xiàn)全方位數(shù)據(jù)采集和拍攝。

2 無(wú)人機(jī)技術(shù)機(jī)制

2.1 無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)主要分為機(jī)載和地面兩大部分，而機(jī)載飛行控制系統(tǒng)由飛控、電臺(tái)、RC接收機(jī)、電池組、GPS等多個(gè)部分組合而成。飛行控制系統(tǒng)可以同時(shí)運(yùn)用GPS、北斗等進(jìn)行導(dǎo)航，通過(guò)事先設(shè)置好的航拍設(shè)備收集數(shù)據(jù)信息，從而真正實(shí)現(xiàn)相同距離和定點(diǎn)拍攝任務(wù)。

2.2 地面站控制系統(tǒng)

地面站控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)、軟件以及便攜式計(jì)算機(jī)三大部分組合而成。控制系統(tǒng)在控制軟件的作用影響下，將飛行器采集的飛行參數(shù)以及定位信息實(shí)時(shí)展示在相應(yīng)的平臺(tái)之上。在采集飛行參考數(shù)據(jù)與坐標(biāo)的整個(gè)過(guò)程中，需要合理運(yùn)用地面站軟件，以此對(duì)飛行軌跡以及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)遙控導(dǎo)航盲飛的目的。

2.3 航線和像控點(diǎn)的設(shè)置

在地形測(cè)量過(guò)程中，合理運(yùn)用區(qū)域網(wǎng)設(shè)置形式，將地面的首條航線以及末條航線的基數(shù)跨度進(jìn)行有效控制。如微丘陵地帶基數(shù)值要小于12，比較集中的丘陵地帶基數(shù)數(shù)小于16。與此同時(shí)，根據(jù)隔航線布點(diǎn)，對(duì)航線與航線之間的點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)置，并且全網(wǎng)四角以及不標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)端點(diǎn)處進(jìn)行布點(diǎn)。一旦無(wú)法選取網(wǎng)內(nèi)像控點(diǎn)的目標(biāo)，可以根據(jù)情況將少數(shù)像控點(diǎn)設(shè)置高程點(diǎn)。一般情況下，主要選擇交角好的微笑線狀交點(diǎn)、清晰折角的頂點(diǎn)、小于0.2mm的點(diǎn)狀地物中心。運(yùn)用九點(diǎn)法的方式進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)，一旦不標(biāo)準(zhǔn)地點(diǎn)或者是相鄰平高點(diǎn)之間的間隔超過(guò)20條基線的情況下，需要在中間位置設(shè)置一個(gè)平高點(diǎn)。

3 無(wú)人機(jī)技術(shù)在礦區(qū)地形測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程整體概況

地形測(cè)量區(qū)位于某一礦山片區(qū)，并且山地屬于南嶺山脈南支。該區(qū)的山川糾結(jié)，地形極其復(fù)雜。海拔低于500m以下的山地丘陵面積占18%左右，山坡面積占28%左右，高程落差在400m，總體面積約3.8km2。

3.2 無(wú)人機(jī)測(cè)量的參數(shù)

表1 無(wú)人機(jī)測(cè)量參考數(shù)表

一般情況下，無(wú)人機(jī)在使用正式使用之前，需要對(duì)航飛方式、飛機(jī)型號(hào)、使用機(jī)場(chǎng)、相機(jī)型號(hào)、焦距等多方面進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，從而保證測(cè)量工作順利開(kāi)展。本次測(cè)量中使用的無(wú)人機(jī)測(cè)量參數(shù)簡(jiǎn)介主要內(nèi)容如表1。

3.3 無(wú)人機(jī)航拍實(shí)施情況

對(duì)拍攝所使用的相機(jī)進(jìn)行反復(fù)的嚴(yán)格檢校；嚴(yán)格按照相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)基準(zhǔn)面高度進(jìn)行確定，然后合理設(shè)計(jì)航線軌跡；由于光照條件不同，航拍攝影時(shí)間需要選擇上午九點(diǎn)以后，下午4:30之前進(jìn)行攝影；航向重疊要大于70%，旁向重疊大于60%；對(duì)于清晰且層次豐富的影像資料，可以用作于制作線劃圖的參考；一旦補(bǔ)攝范圍超出漏洞范圍外的兩條基線，則需要進(jìn)行重?cái)z。

3.4 成果質(zhì)量檢查驗(yàn)收

安排專業(yè)質(zhì)檢人員對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面的檢查和驗(yàn)收，確保該測(cè)區(qū)所獲得圖幅產(chǎn)品全部合格，則證明該無(wú)人機(jī)此次航測(cè)項(xiàng)目取得圓滿成功，并且質(zhì)量?jī)?yōu)良。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，促使地形測(cè)量與地質(zhì)勘察需求不斷發(fā)生變化，而如何高效、精確的完成地形測(cè)量成為地質(zhì)工作的重要課題。無(wú)人機(jī)作為信息技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的產(chǎn)物，在地形測(cè)量中取得顯著成就。