無人機航空攝影測量技術在礦山測量中的應用研究

龍凌媛

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530000)

0 引言

隨著我國經濟的飛速發展和逐步轉型，當前發展中需要利用更多全新的高科技來改變生活環境，不僅能夠大量節約人力和物力，還可以利用機器取代一些本身具有一定危險性的工種，既可以保障人民群眾的生命安全與財產安全，也可以促進我國科技的進一步發展。無人機航空攝影測量技術是當前應用的一種高科技技術，能夠對礦山環境進行全方位的了解[1-2]。

1 無人機航空攝影測量技術的工作原理與優勢

1.1 無人機航空攝影測量技術的工作原理

只有明確無人機航空攝影測量技術的工作原理，才能在礦山測量過程中更好地發揮無人機測量技術的優勢。無人機在應用時主要以高空作業為最基本的平臺，通過機載的形式來實現設備的遠程遙控。在無人機開展應用時，可利用具有高分辨率的電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)數碼相機，或者是輕型的光學式攝像機、紅外線掃描儀等一系列設備，輔助無人機工作，讓無人機在該地區獲取的數據信息具有高分辨率、真色彩的數字影像。通過大量數字測繪圖或者繪圖軟件等，都可以對其進行深度的數據分析，并且配合高精度的繪制工藝來開展繪圖，滿足各類比例尺的實際要求。

1.2 無人機航空攝影測量技術的優勢

應用無人機開展航空攝影比傳統的攝影技術攝影質量更佳，并且具有以下幾點不可替代的優勢。(1)勞動強度低。比如全站儀等測量設備在轉移的過程中，大幅度增加了人力、物力消耗，增加了工作人員的負擔。工作人員既要保證儀器本身不會損壞，也要考慮天氣因素對該地區現場的影響，工作負擔相對較大，難以提高工作的整體質量。不僅如此，也浪費了測量人員大量的精力，讓測量人員的實際測量效果難以得到提高。利用無人機航空攝影測量技術所消耗的人力、物力相對較少。(2)測量效率高。不再需要讓所有的工作人員直接到該礦山地區進行測量，而只需要將無人機放入該礦山地區，就可以測量該礦山地區的整體數據，極大地提高了測量工作的整體效率，并且滿足了測量的實際需求。(3)測量的成本相對較低。和傳統的人工測量相比，無人機航空攝影測量技術可以不斷減少大型設備的使用。以往在開展測量的過程中，需要大量使用人力，同時大型設備是不可忽略的，不僅消耗了大量經濟物資，還需要時刻考慮安全問題。利用無人機開展礦山攝影，獲取的數據更為全面，降低了物資的消耗，也滿足我國開展地形圖測繪對于人工的安全要求。(4)機動靈活性強。由于無人機是一種小型設備，受天氣的影響相對較小，在攝影的過程中，其工程測量相對方便，并且整體的測量不會受到客觀因素的過多影響，設備本身具有非常高的靈活性以及主動性，可以根據不同的環境選擇不同的數據測量方式，這種靈活性是人力在進行傳統的地形圖測量時無法做到的。通過對環境、天氣的分析，使用不同的無人機測量模式，能夠滿足地形圖在繪制時的整體需求。

2 礦山測量中無人機航測技術的應用

在礦山測量過程中應滿足礦山的實際需求，并且采用現代化無人機航空攝影測量技術對該礦區的數據進行全部采集，通過分析該礦區的數據，并且以1∶2 000的比例尺進行地形圖繪制，能夠更好地分析并了解該區域數據的應用方式[3]。

2.1 無人機航空攝影測量與全數字空中三角測量

在開展無人機航空攝影技術攝影測量時，應全面考慮到該礦區的具體情況，該無人機的續航時間基本已經達到了2.5 h，而續航的速度則達到了98 km/h，航線可以根據整個礦區的面積進行設計規劃。而在航拍結束后，其所獲得的攝影效果相對較好，能夠滿足本次數據的實際需求，確保攝影成片的清晰、飽滿、均勻，所提供的數據是真實、全面且有效的。

2.2 像控點測量與無人機航空攝影

像控點布點測量精準度同樣也是無人機航空攝影在礦山測量中應用的一部分，像控布點的質量直接決定了繪制礦山地圖時的比例尺。應考慮到應用無人機航空攝影技術開展礦山地圖繪制時，其像控點測量所采用的方法是連續運行的參考站系統跨域資源共享(Cross-Origin Resource Sharing，CORS)，同時結合實時動態(Real-Time Kinematic，RTK)對像控點進行數據采集。對無人機測量的數據以及參考站系統所獲得的數據進行分析與計算，得出最終的數據，用來繪制礦山地圖。無人機在使用時，由于其本身具有高精度、性能較好的GPS設備，同樣可以對像控點進行部署，并且提高無人機航拍的整體質量。相比于鎖定衛星的能力，利用無人機接收衛星信號的精準度較高，可以在后續技術人員進行數據分析以及地形圖繪制的過程中，根據所得到的數據對坐標數據差額以及數據轉換進行分析，其數據轉換的效果更佳。通過CORS基準站同步數據，同樣可以針對數據進行分析，獲取精準度更高的像控點成果，滿足后續數據的分析與解算需求。由于本次礦山測量過程中所選擇的無人機是華測p700e型無人機，其所制定的地圖比例尺為1∶1 000，需要根據實際的地形圖以及礦山測量的整體情況進行比例尺以及精度的調整。其目的是最大限度地滿足精度的形成條件，并且根據該地區的地形地況以及地質等顯示得更加精細，在大比例尺測量精細作業中充分考慮該作業的方式以及整體效果，其中包括：該地區的地形條件、測繪方式以及航空影像性能之間的關系，為進一步提高測量的效果做出貢獻。與此同時，也應該考慮到所使用的相機是否能在當下發揮最大性能，有利于后期對數據和照片的分析與處理。

2.3 空三加密與數字線劃地圖、數字正射影像圖生成制作

利用無人機開展礦山地形圖測量時，需要無人機數據通過3次加密，確保無人機航空攝影測量的成像質量能滿足數據的應用要求，同時讓無人機航空攝影的原始圖像的成像效果提升。該圖像成像時的整體質量受到自由網平差、連區域網聯合平差以及約束平差3個不同的平差影響。因此，在分析無人機航空攝影測量技術在礦山中的應用時，需要對這3個平差進行簡要分析，確保其成像的數據內容可以應用在實際分析中。

自由網平差主要是指在實際開展工作時，無人機工作需要選取粗差以及精匹配，目的是對相機成像的精度進行確定，同時確保本次平差的誤差小于半像素質。聯合平差則主要是指無人機在工作時會通過外業像控點導入數據，包括外方位元素的整體平差以及高精度的外業控制點。這些數據內容都能讓聯合平差的效果得到提升，并且讓模板平差后的平面與高程誤差滿足本次礦山航攝測量的實際需求，提高其精度。

根據空三加密成果對其進行分析，則可以建立該礦區的整體立體模型，即可以利用PixelFactory業內繪制數字線劃圖來解決這一問題。要求工作人員根據PixelFactory軟件所繪制的圖形判斷礦山中的地貌、地物以及礦山本身的類別、礦山的屬性等，確保在繪圖的過程中，礦山繪圖、建立模型等都能夠更好地還原該礦山的實際樣貌。但是在繪制的過程中應明確，利用PixelFactory軟件所繪制的數字線劃圖時，由于數字線劃圖存在無法繪制部分，需要重新進行外業調繪以及補測，才能提高其數據的精準度。開展外業的調繪成果分析時，可以利用的軟件為南方CASS軟件，對其進行分層加編CASS碼，做到整分幅整飾，并且根據本次數據所檢查出的成果進行分析，確保數據的應用質量后，可以將數據全部編號納入數據庫。利用數據就微分糾正法，同時結合高精度的數字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)制作數字正射影像圖，對本次測量過程中的全部數據以及所得到的色彩進行調整，讓相間的拼接線處更加合理，符合實際道路的情況。在處理拼接線時，需要盡可能讓拼接線沿著道路或者是礦山內地面實體邊緣暗色地帶進行繪制，其目的是讓拼接線能夠更加合理地放入礦山地形圖中，消除投影差以及影像錯位導致的數據分析質量不準確問題，盡可能提高無人機航空攝影測量技術在礦山中的整體應用質量。