無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在采煤塌陷治理測繪中的應(yīng)用

秦晨西 高晴晴 紀(jì)曉陽

（1.山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，山東 泰安 271000；2.山東省煤田地質(zhì)局物探測量隊(duì)，山東 濟(jì)南 250104）

0 引言

隨著科技技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字航攝儀逐步向小巧、輕便的方向發(fā)展，特別是數(shù)碼相機(jī)的分辨率越來越高，搭載在航攝飛機(jī)上后，可以獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)影像的數(shù)字獲取和全數(shù)字化處理[1]。本文利用大疆無人飛機(jī)航攝系統(tǒng)，對采煤塌陷地治理工程進(jìn)行無人機(jī)航測，以期對煤礦地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害治理提供科學(xué)依據(jù)。針對某煤礦采煤塌陷地開展無人機(jī)航測工作，航測面積約1.5 km2，了解塌陷區(qū)的具體情況，塌陷范圍，以及塌陷的嚴(yán)重性，為下步治理提供方案。

1 工作流程

本項(xiàng)目采用大疆精靈4RTK無人機(jī)進(jìn)行飛行，搭配圖像數(shù)據(jù)處理軟件，DLG編輯、制圖統(tǒng)一采用EPS軟件。

航空攝影測量的主要操作步驟如下：

（1）首先進(jìn)行控制測量，測區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)像控點(diǎn)，通過航線布設(shè)，正射飛行及井字飛行相結(jié)合的方式，無人機(jī)獲取原始影像。

（2）進(jìn)行空三加密，首先進(jìn)行自由空三加密，獲取像點(diǎn)坐標(biāo)，利用像控點(diǎn)坐標(biāo)對照片進(jìn)行刺點(diǎn)，經(jīng)過航測軟件平差解算，獲得加密點(diǎn)的空間位置以及影像的外方位元素。

（3）利用空三加密的結(jié)果制作正射影像及數(shù)字線劃圖。其中數(shù)字線劃圖通過EPS在三維模型采集的地形圖，并結(jié)合外業(yè)調(diào)繪的數(shù)據(jù)就可以最終成圖。

2 飛行參數(shù)

該項(xiàng)目采用無人機(jī)航攝系統(tǒng)進(jìn)行，測圖比例尺為l∶1000，航攝比例根據(jù)項(xiàng)目所需地形圖比例和測量精度要求，結(jié)合測區(qū)的地形條件、成圖方法及測量儀器的性能等多種因素考慮。數(shù)碼航空攝影的地面分辨率（GSD）取決于飛行高度。 航攝完后把影像數(shù)據(jù)導(dǎo)出到電腦中，進(jìn)行重疊度及影像色彩、曝光檢查。經(jīng)過認(rèn)真檢查，像片的傾斜角小于5°，所拍影像色彩均勻清晰，顏色飽和，滿足攝影測量的要求。每條航線的有效航片根據(jù)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑及保證有效相片，均滿足設(shè)計(jì)要求。

3 控制測量

測區(qū)范圍內(nèi)均勻布設(shè)四個(gè)E級GPS控制點(diǎn)，控制點(diǎn)采用水泥澆筑，點(diǎn)位中間埋設(shè)鋼筋標(biāo)志。點(diǎn)位選在視野開闊，交通相對便利的主要道路附近。根據(jù)已知控制點(diǎn)利用南方GPS-TOOL參數(shù)計(jì)算軟件，計(jì)算測區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)。

4 空三加密測量

首先進(jìn)行自由網(wǎng)平差，在自由網(wǎng)平差過程中，通過挑粗差和精細(xì)匹配，調(diào)整同名像點(diǎn)的精度，確保同名像點(diǎn)誤差均小于半個(gè)像素值，同時(shí)檢查測區(qū)中同名像點(diǎn)的分布情況，使其分布均勻，保證模型間有足夠的連接強(qiáng)度[3]，最后利用像控點(diǎn)對該測區(qū)進(jìn)行平差，其絕對定向的精度為：平面精度最大的是±0.028 m，高程精度最大為±0.032m，滿足該測區(qū)1∶1000測圖比例尺的精度要求。

5 DLG制作

5.1 采用低空航空攝影測量技術(shù)，獲得測區(qū)正射影像并立體采集DLG數(shù)據(jù)

采集精度完全滿足1:1000地形圖測繪規(guī)范要求。

圖1 DLG技術(shù)流程圖

5.2 DLG生產(chǎn)流程

5.3 DLG數(shù)據(jù)采集

（1）為了便于DLG成果質(zhì)檢，以及制圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，DLG編輯、制圖統(tǒng)一采用EPS軟件。

（2）采用先內(nèi)后外的作業(yè)方式。數(shù)據(jù)按內(nèi)業(yè)定位，外業(yè)定性的原則進(jìn)行采集。

（3）利用空三加密成果，建立立體模型。

（4）將內(nèi)業(yè)采集的矢量數(shù)據(jù)疊加DOM數(shù)據(jù)，制作外業(yè)調(diào)繪底圖。

（5）外業(yè)到實(shí)地進(jìn)行核查、補(bǔ)測和糾錯(cuò)，將修改后的結(jié)果標(biāo)繪在外業(yè)調(diào)繪底圖上交回內(nèi)業(yè)進(jìn)行處理。

（6）內(nèi)業(yè)在三維模型下根據(jù)外業(yè)的調(diào)繪成果進(jìn)行修改，成為最終成果。

5.4 DLG外業(yè)調(diào)繪

外業(yè)調(diào)繪時(shí)做到判讀準(zhǔn)確、描繪清楚、注記準(zhǔn)確；野外作業(yè)過程中對內(nèi)業(yè)成圖進(jìn)行全面實(shí)地檢查、修測、補(bǔ)測等各方面的工作。

6 結(jié)論

經(jīng)過對該項(xiàng)目的研究，無人機(jī)航測在采煤塌陷治理中獲取礦區(qū)地形圖方面具有很大的優(yōu)勢，無人機(jī)航測不僅作業(yè)速度快，減少外業(yè)工作量及成本，還可以提供地形圖DLG以及提供DOM、DEM等數(shù)據(jù)成果。無人機(jī)航測技術(shù)在未來不僅可以應(yīng)用于地質(zhì)環(huán)境治理方面，在應(yīng)急測繪保障以及重大工程建設(shè)等方面也將得到廣泛應(yīng)用[4]。