無人機測量技術在四臺礦矸石山地形測繪中的應用

郭孟超

（晉能控股集團設計研究有限責任公司，山西 大同 037000）

1 無人機測量原理

無人機攝影測量是在無人機上搭載高清攝影機，通過遙控器或者GPS 模塊控制無人機飛行，飛行過程中通過高清攝影機對地面物體進行拍攝記錄，然后對拍攝的影像進行內業(yè)處理，從而得到測區(qū)的測量真實數據。

2 無人機測量的特點

無人機測量靈活機動，可獲取比衛(wèi)星遙感和普通航攝分辨率更高的影像，且相對操作簡便，成本較低，將測繪生產從人力密集型逐步向計算密集型過渡，提高了工作效率，減輕了測繪外業(yè)工作的強度。

3 實例應用

晉能控股集團四臺礦是我國首座設計能力為500 萬t/a 的特大型現代化礦井，該礦矸石場地從2010 年開始使用，根據計劃需在防滅火治理的基礎上進行生態(tài)恢復。由于本場地地形發(fā)生了極大變化，原有地形圖已不能滿足本項目需求，因此決定重新繪制該區(qū)域地形圖。該矸石場地為南高北低走向的荒溝，末端作為矸石堆放場，場地長約1.3 km，寬約0.2 km，為不規(guī)則形狀，區(qū)內共有大型荒溝1 條，為“V”字形溝谷。由于山體植被以草本和灌木為主，采用傳統(tǒng)測量技術存在極大困難，且人員消耗多，工作效率低，不能很好地適應本次測量項目。而無人機測量技術正好彌補了傳統(tǒng)測量技術的缺陷，因此將該技術應用于本項目。

3.1 絕對航高選取

本項目無人機采用華測P700E 無人機，搭載尼康D810 全畫幅相機，鏡頭采用35 mm 鏡頭，有效像素為3600 萬。通過原有地形圖獲取該區(qū)域最高標高為1263 m，區(qū)內中部溝谷為最低處，約1206 m，相對高差約為53 m。由于航攝分區(qū)內的地形高差一般不大于1/4 相對航高，因此相對航高應大于212 m，根據公式可計算出：

因此本次測量航飛取整選用1:6500 比例進行航攝。相對航高為227.5 m。

絕對航高=最高標高+相對航高=1 490.5 m。

3.2 像控點布設

本測區(qū)為南北狹長的帶狀區(qū)域，為保證旁向重疊度大于56%，該測區(qū)共布設3 條航線，以保證個地物可以形成立體像對。像控點共計布設24 個，采用小木樁做標記，均勻地布設于整個測區(qū)內，以確保能涵蓋整個測區(qū)。平高點和高程點分別采用紅、藍色噴漆進行區(qū)分，便于后期影像判讀。像控點測量采用RTK 測量技術，測量完成后對部分像控點精度進行抽樣檢查，其平面坐標和高程數據均滿足像控點測量要求，完全可用于內業(yè)加密工作要求。

3.3 空中三角測量

空中三角測量主要是利用航攝相片與目標物體之間的幾何關系，確定待求點的三維坐標及相片的外方位元素，GPS 輔助空中三角測量利用裝在飛機和地面基準站上的GPS 接收機，在攝影機曝光瞬間獲取攝影機的三維坐標，并將其代入測量區(qū)域網進行平差，建立起影像與相對地物的幾何關系。傳統(tǒng)方法進行空中三角測量不僅工作量大，而且會消耗大量時間，而空中三角測量方法很好地解決了這一問題。

3.4 航飛時間選擇

由于無人機屬于輕型飛行器，其飛行質量受風速影響較大，直接影響成像的航向重疊度及旁向重疊度，還有可能造成無人機的飛行姿態(tài)發(fā)生變化。由于該測區(qū)處于山地之中，地表覆蓋物較密集，且高差較大，因此在無人機測量作業(yè)時，盡量選擇晴朗無風、大氣透明度高、光照充足的天氣，并且航飛時太陽高度角盡量大于45°的時間段，以減少陰影區(qū)域對航飛圖的影響。

3.5 質量控制

良好的航攝影響是決定內業(yè)線劃成圖質量的重要因素，外業(yè)航飛工作完成后，需及時對航攝相片進行檢查，特別是相片的旁向重疊度、航向重疊度、相片傾斜角、旋偏角、航高等影響內業(yè)成圖的因素進行重點檢查，影像的顏色飽和度、清晰度及色調反差等因素也是檢查的重點。

3.6 DLG 數字化成圖

數字化成圖主要是以點、線、面或者地圖特定符號，表達地理信息要素的數據集，在生產過程中應注意數據的精度，對于不能準確判別的地理要素，要及時進行外業(yè)調繪，確保數據錄入的完整性及準確性。

完整的數字化成圖應包含以下流程，如圖1。

圖1 數字化成圖流程圖

3.7 成圖精度檢測

本次無人機測量成圖完成后，采用全野外實測方法對所繪地形圖進行全野外實測檢核，通過野外特征地物坐標測量，平面坐標最大中誤差為0.48 m，高程中誤差最大0.62 m，滿足《基礎地理信息數字成果1:500/1:1000/1:2000 數字線劃圖》中規(guī)定的平面中誤差不大于0.8 m，高程誤差不大于0.7 m 的規(guī)定。

4 結 論

測繪技術發(fā)展至今，從簡單到復雜，從傳統(tǒng)的手工操作到人工智能化，從接觸測量到無接觸測量，無不凝聚了幾代測繪人的心血與汗水，無人機測量技術作為測繪史上的一個新里程，為現代化測量提供了一種重要手段，其靈活性、可操控性和經濟性已逐漸被人們廣泛應用于實際工程中。通過無人機在本項目中的實際應用，對無人機測量技術的作業(yè)流程有了更深一步的了解，盡管其在測圖精度上與傳統(tǒng)技術有一定的差距，但是隨著測量技術的不斷發(fā)展，無人機測量技術必定會有更進一步的發(fā)展，其未來的應用前景也必定更加廣闊。