無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測(cè)量中的應(yīng)用

劉 江

（甘肅省測(cè)繪工程院，甘肅 蘭州 730000）

自我國(guó)北斗系統(tǒng)投入使用以來(lái)，以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)等得到了迅猛發(fā)展，顯著提高了定位精度，對(duì)現(xiàn)代化無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展起到了關(guān)鍵性的推動(dòng)作用。我國(guó)是資源利用大國(guó)，在新時(shí)代背景下如何在較短時(shí)間段內(nèi)探獲更多的資源儲(chǔ)量是當(dāng)前的基本需求，這就對(duì)基礎(chǔ)性的礦山大比例尺地形測(cè)量等工作提出了更高的要求［1］。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有效率高、成圖快和精度高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化測(cè)繪領(lǐng)域中。基于此，本文以某金屬礦山的1／2000大比例尺地形測(cè)量為例，分析該技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測(cè)量中的應(yīng)用。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量概況

1.1 無(wú)人機(jī)基本概況

本次所選擇的無(wú)人機(jī)型號(hào)為廣州南方測(cè)繪科技股份有限公司生產(chǎn)的HO1300型無(wú)人機(jī)，主要由飛行器、遙控器、云臺(tái)相機(jī)以及配套使用的South Ground Control地面站等組成。無(wú)人機(jī)傾斜攝影是以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)搭載了傾斜航攝儀以及高精度防抖云臺(tái)等設(shè)備，并配備高質(zhì)量的高能量密度動(dòng)力電池等儀器。本次所選無(wú)人機(jī)能夠飛行的最大速度為10 m／s，最長(zhǎng)時(shí)間為50 min，具有自動(dòng)返航功能［2］。傾斜航攝儀是由南方測(cè)繪數(shù)字公司生產(chǎn)的，該儀器避免了垂直攝影測(cè)量技術(shù)僅能獲取垂直方向影像數(shù)據(jù)的弊端，實(shí)現(xiàn)了多方位、多角度獲取測(cè)繪區(qū)域航空影像數(shù)據(jù)的目的。傾斜航攝儀是由1個(gè)垂直攝影鏡頭和4個(gè)傾斜攝影鏡頭組成，能夠有效降低影像數(shù)據(jù)中的“留白”問(wèn)題，顯著提升了地形圖測(cè)量精度。

1.2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)基本原理

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是在垂直攝影測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，該技術(shù)的進(jìn)步是基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)、圖像融合處理技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等發(fā)展起來(lái)的。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是通過(guò)傾斜攝影鏡頭獲得不同方位的影像數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過(guò)數(shù)據(jù)處理等方式獲得精度更高的三維地形數(shù)據(jù)，對(duì)建設(shè)三維礦山、智慧礦山和立體礦山等有利。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)主要包括原始數(shù)據(jù)采集、像控點(diǎn)測(cè)量、空中三角加密測(cè)量和地形圖制作等重要流程（圖1）。

圖1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用流程圖

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 原始數(shù)據(jù)采集

測(cè)繪區(qū)域位于我國(guó)西北地區(qū)的甘肅省境內(nèi)，區(qū)域地形地貌變化較大，植被較為發(fā)育，總體上可劃分為兩個(gè)飛行子區(qū)。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，影像數(shù)據(jù)最佳采集時(shí)間為每年6—9月的上午9時(shí)至下午2時(shí)之間，該時(shí)段內(nèi)一般天氣晴朗、無(wú)風(fēng)或者微風(fēng)。根據(jù)不同飛行子區(qū)的地形地貌變化特征，子區(qū)1的設(shè)計(jì)飛行行高為300 m，航向重疊度和旁向重疊度均為60%～65%；子區(qū)2的設(shè)計(jì)飛行行高為350 m，旁向重疊度和航向重疊度均為65%～70%。

2.2 像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量

像控點(diǎn)測(cè)量是提高整體測(cè)量精度的基礎(chǔ)，像控點(diǎn)的布設(shè)位置對(duì)測(cè)量精度影響較大。為提高測(cè)量精度，結(jié)合測(cè)繪區(qū)域地形地貌等，像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)遵循以下5個(gè)原則：①像控點(diǎn)的密度應(yīng)根據(jù)地形地貌變化特征適當(dāng)調(diào)整，即在地形地貌變化較大的區(qū)域可適當(dāng)增大布設(shè)密度，如飛行子區(qū)1；在地形變化較小的區(qū)域可適當(dāng)抽稀布設(shè)密度，如飛行子區(qū)2；②像控點(diǎn)一般布設(shè)在旁向大于100 m且航向基線大于1條的區(qū)域位置；③像控點(diǎn)應(yīng)以容易識(shí)別和無(wú)爭(zhēng)議的地物點(diǎn)為主，如山脊部位地形變化較小的區(qū)域等；④像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)盡可能避開(kāi)高大建筑物，如高大植被等；⑤像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)以重復(fù)利用為基本原則，可作為其他水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)以及測(cè)量控制點(diǎn)等。

2.3 空中三角加密處理

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)有效彌補(bǔ)了垂直攝影測(cè)量技術(shù)僅能獲取垂直方向影像數(shù)據(jù)的弊端，即有效減少了影像數(shù)據(jù)中的“留白”問(wèn)題，提高了測(cè)繪精度。但是，在實(shí)際攝影測(cè)量過(guò)程中不可避免地因遮擋等問(wèn)題而造成攝影“留白”，導(dǎo)致局部區(qū)域的影像質(zhì)量無(wú)法達(dá)到精度要求，此時(shí)可通過(guò)空中三角加密處理解決該問(wèn)題［3］。空中三角加密處理是提高測(cè)量精度的有效措施之一，是借助航拍過(guò)程中自動(dòng)存儲(chǔ)的POS數(shù)據(jù)文件經(jīng)過(guò)方位元素預(yù)測(cè)處理等流程，將高大建筑物以及植被等影響因素剔除，即通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件將空白區(qū)域進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算模擬，“補(bǔ)全”相應(yīng)的三維坐標(biāo)信息。完成空中三角加密處理后再經(jīng)過(guò)相對(duì)定向、絕對(duì)定向等操作，進(jìn)而生產(chǎn)出DOM、DEM、DSM等產(chǎn)品。

2.4 大比例尺地形圖制作

在完成空中三角加密處理后，經(jīng)過(guò)相對(duì)和絕對(duì)定向，使用MapMatrix全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)采集地形數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件平臺(tái)中的自動(dòng)生成等高線功能生產(chǎn)出1／2000地形數(shù)字線劃圖（DLG）。對(duì)生成的DLG文件進(jìn)行內(nèi)業(yè)核查，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)查找問(wèn)題原因，對(duì)需要補(bǔ)測(cè)的應(yīng)進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測(cè)或者調(diào)繪［4］。直至DLG無(wú)誤后，通過(guò)手動(dòng)處理方式增加其他地理信息標(biāo)注點(diǎn)，如地名、水系、橋梁、高程等，其稀疏稠密應(yīng)根據(jù)最終圖件輸出比例尺合理布局，以圖件正確、美觀為基本原則。

2.5 測(cè)量精度對(duì)比分析

為了分析本次無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山地形圖中的測(cè)量精度，對(duì)礦山范圍內(nèi)布設(shè)的像控點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、礦山控制測(cè)量點(diǎn)以及部分鉆孔位置點(diǎn)等進(jìn)行外業(yè)高精度全站儀測(cè)量，進(jìn)而與無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量所獲三維坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比研究，分析其精度是否達(dá)標(biāo)，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)所獲控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)與外業(yè)全站儀測(cè)量所獲的三維坐標(biāo)基本一致，二者的平面誤差平均值為±0.13 m，最小值為±0.04 m，最大值為±0.25 m；高程誤差平均值為±0.068 m，最小值為±0.014 m，最大值為±0.153 m。綜上可知，本次使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲得的該礦山地形圖精度完全滿(mǎn)足1／2000礦山大比例尺地形圖測(cè)量的精度需求，說(shuō)明該方法快捷、可靠。

表1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量與全站儀測(cè)量精度對(duì)比表

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，尤其是無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，因效率高，成圖快和精度高而廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。本文通過(guò)對(duì)某金屬礦山1／2000大比例尺地形圖測(cè)量實(shí)踐，結(jié)果表明該技術(shù)在大比例尺地形圖測(cè)量中精度較高，完全滿(mǎn)足1／2000礦山大比例尺地形圖測(cè)量的精度需求，說(shuō)明該方法快捷、可靠。