基于無人機航空攝影測量技術的礦山測量研究

張 寧

（華北地質勘查局第四地質大隊，河北 秦皇島 066000）

近年來，隨著我國經濟體制改革的不斷深入，城市化建設進程明顯加快，建筑工程也在逐漸增加，各級部門對于大比例地形圖的需求不斷擴大，并且對于地形圖的精度也有著更高的要求[1]。過去傳統的測量方式主要依靠人工，這種方式不大怒耗費大量的人力物力，具有較大的工作強度，而且其外業工作效率很低，所繪制的大比例地形圖精度也不夠準確，根本難以滿足日新月異的測量需求。隨著地理信息技術的革新發展，無人機航空攝影技術順勢而生，這種小規模測量方式，相比大傳統的大飛機航測，便利性更高、受到氣候環境因素影響較小，而且可以進行低空飛行。通過專業性的攝影測量系統，能給大大提高測量精度，航拍影像分辨率能給達到0.05m，當經過后續的加工處理，可以將其制作為多種滿足國家使用需求的數字產品。無人機航空攝影技術在工程測量領域的廣泛應用，為該領域的健康發展做出巨大貢獻。但是在實際測量過程中，需要注意幾點問題，要對無人機航空攝影技術的使用規范性和方式方法進行合理把控，確保測量技術得以有效發揮。

1 無人機航空攝影技術概述

無人機航攝系統具體組成包括數碼相機系統、無人機飛行平臺、地面保障系統、飛行控制系統等。其工作原理就是通過先進的無人駕駛飛行器技術、通訊技術、遙感技術以及定位技術等來完成遙感數據的傳輸、處理和分析。將無人機作為飛行平臺，搭載專業數字航測設備來進行拍攝和記錄，目的是獲取到超高精度和分辨率的航空影像，之后將影像信息傳輸到數據處理系統，對其進行后續處理加工，從而繪制成工程測量領域各類比例尺的地形圖[2]。隨著社會的發展，信息化技術不斷完善升級，無人機航空攝影技術也有著巨大的突破。其精度和效率都有著不小的提升，已經成為行業各界所熱議的焦點話題，也是航空遙感技術未來的發展方向。無人機航空攝影技術的應用優勢可以分幾個方面：第一，運輸組裝便捷。對比以往的航空攝影模式，無人機航測根本不需要專門機場調運、調配，而且可以利用小型汽車裝載運輸，隨時隨地安裝使用。第二，受到環境氣候因素影響較小。結合多年來的使用經驗，只需要確保勘測區域沒有降雨情況，并且風力小于4級就可以開展測量工作。另外，無人機航空攝影技術還具有云下攝影的功能。第三，起飛方式多樣化。無人機不需要設定專門的機場和跑道，在普通公路上即可完成起飛操作。第四，避免空域管制。傳統航空測量方式較為繁瑣，在手續階段花費大量時間，采用無人機航空攝影技術，節約時間節省精力，基本上可以實現隨時起飛。第五，作業成本低。傳統航測方式需要駕駛員駕駛，每一個飛行員的聘用成本都比較高昂，在采取無人機航空攝影技術，只需要人們在地面操作即可，不僅僅購買和作業成本較低，其后續的維護管理成本也很低。另外，無人機航測不需要使用專業航拍設備，人們利用普通的單反便可以當做影響獲取的傳感器，也可以降低一部分的資金成本。

2 無人機航空攝影測量技術發展現狀

隨著我國經濟建設水平不斷提高，使得無人機航空攝影測量技術也得到進一步革新和突破，憑借其優良的性能得到各個行業的認可，應用范圍逐漸擴大。在美國航空航天局也會在農業測定、森林火災監測以及海洋上遙感定位等均會應用到無人機，其作用不言而喻[3]。在我國，許多單位在無人機航空攝影方面有著許多技術層面的探索研究工作，為后續的工作人員積累了豐富的研究經驗。西安大地測繪責任公司研發出多種無人機遙感系統，主要是由無人機攝影硬件系統和其他軟件系統構成，在該技術的應用下，讓我國一部分地區在獲取高分辨率的彩色影像的構想成為現實。青島某無人機遙感技術企業，經過多年的探索研究，終于研發出國內首個50kg級“TJ型無人遙感快速監測系統”，是一套專業性非常高的民用遙感監測系統，能夠提供海洋遙感服務。在2003年，國內研究院設計出 UAV RS-II型低空無人機遙感監測系統，實現了無人機的半自主和全自動。發展至今，國內無人機發展以及較為成熟，在各個領域都有著廣泛的應用。自2009年開始，國家向各個省份地區發放UAVRS-10B類型的無人機， 該無人機荷載只有5kg，續航時間為1.5小時，基本上可以實現所有的測繪工作和保障工作。近年來，隨著我國現代化城市建設進度的加快，應用無人機航空攝影技術一定會對城市的發展建設提高強而有力的測繪保障。

3 無人機航空攝影測量技術應用的技術要點

3.1 在數據采集與處理環節要確保精準性

無人機航空攝影技術在使用過程中，對于數據采集和處理環節一定要謹慎對待。首先，在利用無人機對測繪區域進行拍攝時，地面的操控人員一定要對航拍影像實時監控，如果畫面出現模糊失真，及時進行調整，確保航拍影像的清晰度和分辨率。操作人員對無人機的飛行狀態進行調整或者對系統進行調節都可以達到調整畫面的要求，這種操作對于無人機操作人員的專業技術水平有著較高的要求。其次，將所拍攝的影響數據傳輸到軟件系統中，進行圖像的分析處理工作，這時需要對處理技術嚴格把控，選擇正確有效的處理方式。另外，對于測量數據影響處理的技術要求比較高，所以這項工作也要安排專業性較強的人員操作，進而確保測量數據分析結果的價值性和準確性。

3.2 強化質量控制，并對拍攝結果嚴格檢查

需要注意的時，在使用無人機進行航拍測量時，應該對拍攝質量嚴格控制。首先，在開展無人機航空攝影測量工作之前，制定出一套系統、完善、科學的航拍方案。可以先進行拍攝模擬操作，對拍攝過程中所存在的問題進行分析，及時改正，這樣可以保證方案在正式應用后整體拍攝過程的精確度和穩定性。另外，在無人機航拍過程中要嚴格主要每個階段的銜接，確保工作的連續性，從而提高拍攝質量。其次，完成無人機拍攝工作后，要對航拍影像進行檢查，查看畫面是否準確、清晰度是否滿足要求，如果存在畫面不清晰或者拍攝不準確的情況，應該立即重新拍攝，并且在拍攝全過程中嚴格監管，必須要確保航拍影像的質量，這樣對于后續的影像處理也有著一定的便利性。

4 無人機航空攝影測量技術在礦山測量中的實際應用

4.1 工程概況

本次工程位于蕪湖市某礦區，在西南方位，平均海拔高度為800m，適合應用無人機航空攝影測量技術，本次任務測量面積為25km，航拍影像分辨率為10cm。通過現代化無人機航空攝影測量技術來對礦區進行測量，并將所收集的數據信息根據1:2000的比例尺繪制地形圖[4]。礦山工程地勢平坦，周邊沒有大型障礙物，應用該測量方式能夠得到較高的精度。

4.2 基本流程

第一，利用無人機對該地區進行航空拍攝。在拍攝之前，要對礦區的地質條件、環境氣候以及測量面積等因素進行綜合考慮，確保此次拍攝工作得以正常進行。本次工程選用華測P700E型無人機，具有較高的精度，而且無人機續航時間可以達到2.5小時，航行速度最高都達到90km/小時，最大荷載量為5kg，無人機身上裝載像素為3500萬的數碼相機，設定相機焦距為35mm，根據事先規劃好的航行路線進行拍攝。需要注意的是，在航拍過程中，需要將控制地面分辨率為5cm，航片傾角小于5%，而且偏角不得高于15%，這也是應用無人機航空攝影測量技術的基本要求。當完成航拍工作后，能夠獲取到清晰、飽滿的影像，為后續的地形圖制定提供數據參考。

第二，像片控制測量。由于本次測量區域地形較為特殊，所以設計人員制定出區域網布設方案，經過模擬試驗，確定該方案切實可行。其中，根據兩條或者兩條以上的平行線作為本次航拍的主要航線，之后依次布設平高控制點，并在每一對像控點位置處設立標準點位設計，需要注意的是，每個標準點之間距離不得超過4條平行線。除此之外，為提高加密像控點的精確度，應該在不規則區域網中的凸角處添加平高點，在凹處位置設定高程點。同時，為確保加密控制點的質量符合設計標準，并對礦山工程的實際開采情況進行綜合分析，可以采取控制高程點的方式實現精準測量。

第三，全數字空中三角測量。在礦區工程航拍過程中，三角測量是應用非常頻繁的測量方式。在實際工作中，為了提高無人機航空攝影測量的精確度和有效性，必須要對測量區域和環境氣候、地形條件等全面分析，選擇最為合適的測量方式。引入先進技術，所應用的拍攝器材都是當前社會最為前衛的高精密影像拍攝和處理系統，有著非常強大的數據處理分析功能。在這些精密設備基礎下，能夠在沒有人為因素影響的情況下實現對成千上萬張影像的高效處理，從而繪制為二維地圖和三維模型。另外，還能夠自動化完成初始影像的校準工作，使得航拍影像的精度得到提高。

第四，數據采集，利用MapMatrix全數字攝影測量系統完成本次的數據采集工作，不需要額外的人工資源，系統可以自動化處理，在數據采集后直接對其進行收編入庫并對所需的數據信息進行處理。其中，數字線劃圖和數字正射影像制作以及立體模型建立是本次工作的重點內容。

第五，精度檢測。根據《基礎地理信息數字成果1:500、1:1000/1:2000數字線劃圖》的具體要求，與本次測量結果相對比，得知實地測量數據結果符合設計標準。如下表1所示，為數字線劃圖精度檢測結果。如下表1所示。

表1 數字線劃圖精度檢測結果

5 結論

總而言之，本將無人機航空攝影測量技術應用到礦區測量中，通過實際案例，能夠證實該技術對于工程測量精確度、安全性以及便捷性等都有著非常顯著的作用。在航拍過程中，要做好準備工作，特別是在設計階段，要對測量區域的地勢條件、環境因素等特點進行全面分析，從而規劃合理的航行路線，保障航拍影像的清晰度和準確度。