無人機航測在礦區地形測量中的應用與探討

徐中華

（華東冶金地質勘查局物探隊，安徽 蕪湖 241000）

隨著社會經濟的快速發展，對測繪技術也提出了越來越高的要求。以往對小范圍和礦區數字化地形圖進行測繪的過程中經常采用全站儀結合GPS的全野外數字作業方式，此種方法不僅外業工作量較大，而且施工工期也較長，已經無法符合測繪工作對效率提出的要求。本文利用無人機航測系統，對安徽省礦區進行航空攝影測量，以期對華東地區礦山地質勘查與開發提供科學依據。

1 無人機航測技術簡介

1.1 整體技術流程

無人機是為航空攝影而搭建的平臺，主要是為了獲取到分辨率較高的空間數據，基于在系統內部集成應用3S技術而形成一種隨時觀測以及處理空間數據的能力。通過運用無人機可以起飛較快的特征以及其攜帶的定位裝置，獲得清晰度較高、穩定性較強的原始數碼影像、拍攝照片的空間地點和姿態信息，并且同相機畸變參數相結合，利用特殊的空三軟件及時地落實好匹配、平差以及拼接等方面的工作，以此來生成清晰礦區地質圖，如果需要使用DLG線來畫圖，應該添加立體測圖環節，通過立體測圖軟件將帶有符號的DLG直接加工出來，并且能夠直接符合入庫要求[1]。

1.2 礦用無人機工作流程

飛行計劃：采用MAVinci Desktop 軟件來規劃飛行，結束后上傳至無人機上面就可以正式飛行。第二，影像的拍攝：在飛行過程中，控制器軟件能夠保證無人機對飛行前所規劃的飛行軌跡進行自主跟蹤；機載相機對影像進行自動獲取并且將其存儲在無人機上。第三，無需地面控制點的航空測圖：無人機在飛行期間，邊拍攝照片，邊實施RTK 測量，各張照片的位置信息均具備RTK 固定解的精度。基于對精密測量時間與高精度定位技術的整合，使無人機在空中就可以實現對地面的控制。

2 無人機航空攝影測量技術機制

2.1 無人機飛行控制系統

無人機飛行控制系統的組成部分主要包括機載與地面部分，而且機載飛行控制系統是由飛控、電臺、RC 接收機、電池組、GPS和通訊天線以及空速管組成的。飛行控制系統能夠同GPS、北斗以及GLONASS 等組合在一起進行導航，利用事先設置好的航拍攜帶數據，實施相同距離和定點拍攝。

2.2 地面站控制系統

地面站控制系統的組成部分有數據傳輸電臺、軟件以及便攜式計算機。控制系統在控制軟件的作用下將飛行器的飛行參數與定位信息實時顯示出來，在獲取飛行數據與坐標的過程 中，利用地面站軟件來獲取飛行軌跡與數據信息，以此達到無人機遙控導航盲飛的目的，無人機可以完成定高智能駕駛，可以提前將航跡輸入進去，完成自動根據航線執飛任務，另外，也能夠對航跡任務進行隨時變換。

2.3 航線和像控點的設置

采取區域網的設置形式，設置在地面的首條航線與末條航線的基線數跨度應該小于8、輕微丘陵地帶基線數小于12、丘陵地帶相對集中的基線數小于16、航線中心點的基線數跨度小于15，同時根據隔航線布點來布設航線與航線間的點。全網的四角和不標準網端點需要布點，四角偶點為雙點。如果難以選取網內像控點的目標，就可以將少數像控點改成高程點。采取GPS水準測量方式來擬定合成像控點的高程，分段擬合的過程中應該實施全方位檢驗。對像控點進行選刺時一定要選擇影像明顯的地物，往往選擇交角較好的微小線狀交點、清晰折角的頂點以及影像不大于0.2毫米的點狀地物中心。采取九點法來布設區域網的點，如果處于不標準的地點或者是緊鄰平高點間隔超過二十條基線時，就應該將一個平高點布設在中間位置。

2.4 空中三角測量

采取全數字加密法來測量空中三角，根據像片上量測的像點坐標，應用精準的數學模型，基于最小二乘法原理將一少部分地面控制點作為平差條件，采取光束法計算出測圖的安全定向點，將1: 1000 地形圖作為測量比例[2]。

3 應用實例

3.1 工程基本概況

2017年6月，本院受到他方委托負責安徽省某礦區地形圖測繪工作，此測量區域處于丘陵地帶，平均海拔高度大約一百五十米，適合進行航測[3]。此次測量任務的航空拍攝面積在三十五平方公里左右，航空拍攝的地面分辨率為十五厘米，將航攝、空三加密、DEM、DOM以及DLG的生產作為主要測繪工作。

3.2 重點技術參數和航攝參數的獲取

航空拍攝以1:2000為比例，對應的航高不能超過三百七十米，旁向與航向重疊度應該分別達到65%與85%，分辨率是0.1m，完成整個航攝需要用時四十分鐘，957張像片，航攝面積是3.3平方千米。

3.3 數據處理

Agisoft Photo Scan 是由Agisoft公司開發的3D掃描軟件，只進行導入就能夠使軟件形成較高重疊率的數碼影像，從而顯示出高清的正射影像[4]。利用Agisoft Photoscan軟件來處理影像數據，數據處理流程如下：構建項目文件、影像文件的添加、影像配準、點云的形成、三角網的構建、分辨率較高的DOM的生成和精準的DEM，生產過程就是計算機進行自動處理。將DOM和DEM等數據傳輸到航天遠景中，實施矢量化以及生成等高線，對其進行編繪生成DLG。應用主流配置計算機，一共用時十個小時。

4 結語

綜上所述，無人機航測技術是一種先進的獲取遙感數據的方式，其具有的優點是傳統測量手段不可比擬的，據實踐研究表明，此項技術在精度方面已經基本達到了測量標準。另外，隨著無人機航測技術的快速發展，利用航空攝影測量技術測繪礦區地形圖的成本與采用傳統方法所需的成本幾乎接近，由此可見，無人機航測技術在礦山地質勘探中會得到廣泛應用。

[1]林朝臣.探討水文地質問題在巖土工程中的危害性[J].云南化工,2017,44(11):86-87.

[2]朱敏,孫健,陳焦.地質勘察中水文地質問題分析和水文地質災害預防[J].科技風,2017(24):126.

[3]張曦文.水文地質問題在巖土工程中的危害性[J].城市建設理論研究(電子版),2017(34):123.

[4]周忠清.地下水對巖土工程勘察的影響及處理方法[J].資源信息與工程,2016,31(02):67-69.