航空測量技術(shù)在地質(zhì)測量中的應(yīng)用

紀海英，魏義峰，紀強盛

（1.青島理工大學(xué)琴島學(xué)院，山東 青島 266100；2.青島市城陽勘察測繪有限公司，山東 青島 266100）

資源開發(fā)與利用是經(jīng)濟建設(shè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展不可或缺的原料之一，對促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟建設(shè)至關(guān)重要。在資源勘查過程中地質(zhì)測量工作伴隨整個過程，包括礦區(qū)大比例尺地形測量、水準點測量、工程放樣測量、井下坑道編錄測量等[1]。隨著現(xiàn)代化測繪技術(shù)的快速發(fā)展，地表測量效率明顯提高，精度顯著增高，尤其是航空測量技術(shù)，實現(xiàn)了快速獲取大面積礦區(qū)地形測量目的，為資源精準勘查提供了基礎(chǔ)。航空測量技術(shù)在地質(zhì)測量中的應(yīng)用取得了較好的成果，本文以該技術(shù)為研究對象，講述該技術(shù)在地質(zhì)測量中的應(yīng)用。

1 航空測量技術(shù)概況及適用范圍

圖1 無人機傾斜攝影技術(shù)流程示意圖

航空測量技術(shù)是以無人機技術(shù)、動態(tài)定位技術(shù)、圖像融合技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的現(xiàn)代化測量技術(shù)，具有高效、精度高、成本低的優(yōu)勢，逐漸廣泛的應(yīng)用于地質(zhì)測量領(lǐng)域。由于航空測量技術(shù)是以無人機航拍影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的測量技術(shù)，因此在地質(zhì)測量中應(yīng)用領(lǐng)域較少，一般用于不同比例尺地形圖測量、地質(zhì)景觀測量、礦山綠化修復(fù)測量等方面，尤其是地形測量應(yīng)用最廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是動態(tài)GPS定位技術(shù)以及圖像融合處理技術(shù)的快速發(fā)展，逐漸實現(xiàn)了垂直航空測量向傾斜航空測量的轉(zhuǎn)變，使得無人機獲取的影像資料由垂直拍攝轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘟嵌?、多方位拍攝，有效的降低了測繪“留白”出現(xiàn)率，提高了測繪精度。航空測量技術(shù)在地質(zhì)測量中的應(yīng)用較為成熟，主要步驟包括地面控制測量、影像數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理、空中三角加密測量以及成果圖件輸出等流程（圖1）[1]。

2 航空測量技術(shù)在地質(zhì)測量中的應(yīng)用

（1）測量設(shè)備及參數(shù)確定。本文以某金屬礦床勘查為例，以1/2000大比例尺地形圖測量為研究對象，講述該技術(shù)的應(yīng)用流程以及操作注意事項，為提高地質(zhì)測量效率奠定基礎(chǔ)。本文所采用的無人機型號為HO3100，攝影相機為南方測繪傾斜數(shù)字航空攝影相機，搭載5臺五棱鏡頭，定位技術(shù)以我國動態(tài)GPS定位技術(shù)為主，配置其他輔助管理措施[2]。測繪區(qū)域?qū)儆诟呱綅{谷區(qū)，地形地貌變化較大，考慮地形變化以及氣候條件，設(shè)置無人機飛行時段為每天上午10時～下午4時，無人機旁向重疊度為60%～70%，航向重疊度為70%～80%。由于地形變化較大，將測繪區(qū)域分解為兩個飛行子區(qū)塊，飛行高度分別為450m和500m。本次測量選用傾斜攝影測量技術(shù)，因此無人機搭載1臺垂直五棱鏡頭，4臺傾斜五棱鏡頭，以獲得不同方位和視角下的航拍影像資料，可有效的提高測繪精度。

（2）地面控制測量。地面控制測量時提高航空測量精度的基礎(chǔ)，也是最終對比判斷航拍攝影測量精度的依據(jù)。因此，地面控制測量至關(guān)重要。地面控制測量主要指的是相片點控制測量，合理布設(shè)相控點測量能夠提高最終的測量精度。因此，如何合理的布設(shè)像控點是影響地面控制測量精度的關(guān)鍵，在布設(shè)過程中應(yīng)注意如下事項：①像控點的布設(shè)密度應(yīng)根據(jù)測繪區(qū)域地形變化特征調(diào)整，地形變化小的區(qū)域像控點密度適當(dāng)降低，地形變化大的區(qū)域像控點密度適當(dāng)增大；②測繪區(qū)域地形變化較大，因此劃分為兩個飛行子區(qū)塊，像控點一般布設(shè)在分區(qū)圖輪廓線外測，靠近旁向重疊度100m處；③像控點應(yīng)該是無爭議的容易區(qū)別的地物地貌點，常布設(shè)在地形平緩的山頭、田角等部位，應(yīng)盡可能的避免布設(shè)在地形爭議較大、高大建筑物遮擋區(qū)域；④若測繪區(qū)域存在較大面積的水域，應(yīng)盡可能避開；⑤像控點的布設(shè)點應(yīng)選擇在交通條件較好的區(qū)域，以便于保存和重復(fù)利用為基本原則。

（3）空中三角加密測量在獲取航拍影像資料的過程中，需要對每天的航拍影像質(zhì)量進行檢查，直至每天的影像數(shù)據(jù)均符合相應(yīng)比例尺要求后保存。對最終的影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括影像資料的拼接、剔噪處理、平差等處理，完成后對其進行空中三角加密處理。空中三角加密處理是航空測量中重要的處理步驟，目的在于航拍過程中受地面植被、建筑物等遮擋造成影像資料中存在一定數(shù)量的“空白區(qū)”，最終使得影像資料中局部數(shù)據(jù)質(zhì)量無法滿足最終精度要求。此時，通過空中三角加密測量處理，以無人機拍攝過程中自動生成的POS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用POS數(shù)據(jù)中包含的方位元素對空白區(qū)進行預(yù)測，將植被、建筑物等遮擋因素剔除，可有效的消除遮擋遺留的“空白”問題，進而提高最終的影像精度。在此基礎(chǔ)上進行約束網(wǎng)平差等處理后可生成其他產(chǎn)品。

（4）補測及成果圖件輸出。在完成上述操作步驟的基礎(chǔ)上可生成礦區(qū)大比例尺地形圖，但此時所生成的地形圖仍然存在一定的缺陷，對于地形存在明顯錯誤、漏洞、有爭議等區(qū)域，應(yīng)在地形圖上標(biāo)注出來，進行野外補測或者調(diào)繪流程。在外業(yè)補測過程中一般借助其他現(xiàn)代化測量技術(shù)，如全站儀、GNSS、GPS-RTK等技術(shù)進行，逐一解決上述問題，直至地形數(shù)據(jù)無誤后為止。將無誤的地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入至相應(yīng)的制圖軟件中，展開內(nèi)定向、相機畸變等處理，根據(jù)地形比例尺大小采集相應(yīng)密度的高程注記點以及其他地理信息，核對無誤后輸出最終的地形圖件。對最終的大比例尺地形圖進行檢查處理，對存在問題的區(qū)域進行修改，直至無誤后提高成果資料。

3 結(jié)語

航空測量技術(shù)在現(xiàn)代化地質(zhì)測量中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在地形測量、地質(zhì)景觀測量等領(lǐng)域，具有精度高、成本低、效率高的優(yōu)勢。航空測量顯著的降低了測量人員的外業(yè)工作量，不僅降低了測繪成本，而且降低了外業(yè)工作人員安全事故發(fā)生率。通過本次1/2000大比例尺地形測量工作結(jié)果顯示，使用航空測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的精度能夠滿足礦區(qū)建設(shè)基本要求，成果質(zhì)量可靠。