無人機航測系統在礦山地形測量中的應用探究

尹 瑱

（安徽省地勘局第一水文工程地質勘查院，安徽 蚌埠 233000）

目前，傳統航空測量法、全站儀測量法已被廣泛地應用于礦山地質測量中，但是這些方法都存在人力成本高、時間成本高、測量靈活性差的缺陷，加之大風、大雨天氣的影響，測量時間較長。無人機技術的出現彌補了傳統測量方式的不足，測量時間短、分辨率高、人工成本低，使礦山地形測量邁上了新的臺階。

1 無人機航測系統

無人機主要是由無人機遙控平臺進行遠程控制，以無人機搭載單反相機利用網絡通信技術與信息技術對航測無人機發出拍攝指令。同時，通過遙控器可以改變無人機的飛行路線，實現無人機的低空飛行[1]，從而獲得高分辨率的照片。在拍攝完畢后，使用計算機應用繪制高精度的地形圖，反映礦山地形情況。

2 無人機航測系統在礦山地質測量中的主要步驟與方法

（1）相機像控點布設。在使用無人機航測前需要確定無人機拍攝位置，利用衛星定位技術對相機像控點設置。設置完畢后，由專業人員對無人機搭載的相機進行檢校，查看攝像頭是否發生損壞，相機能否正常成像等，確保航測無人機能夠拍攝的影響準確、清晰。

（2）無人機攝影。在航測無人機中植入定位應用，確保無人機能夠準確達到相機布控點進行拍攝，并對無人機反復調試，盡可能地避免航測無人機拍攝出模糊的影像。

（3）處理正射影像圖。使用無人機拍攝完畢后，采用計算機軟件制作正射影像圖，通過對大量的方位元素進行分析，獲得三維點，之后進一步分析航測圖像。在制作正射影像圖的過程中，需要小心、謹慎，最大限度避免正射影像圖出錯，從而保證測量數據分析的準確性。

（4）可視模型制作。對于處理正射影像圖過程中的三維圖像，一般會將建立可視化模型進行分析。通過可視化模型，分析人員可以直觀地了解拍攝到的地形，并綜合區域環境與人文環境進一步分析，對無人機航測系統的礦山地形測量具有重要的作用。

（5）空三加密計算。航測無人家對測量區域完畢后，可以通過解析方法獲得相片外方位因素以及加密點坐標，校正相片數據，確保框坐標殘值的絕對值為0度。并對測量地點的數據進行有效的處理，確保限差無誤。加密計算時，分析人員還可通過自檢校的平差手段減少地球曲率及大氣折光對測量造成的誤差，最大程度提高測量、計算結果的準確性。

（6）外業測繪與內業測圖。使用無人機測量礦山地形時，需要對礦山的方向，明確礦體標注方向、寬度、高度等，使無人機地形測量的數據較為精確，可以較為準確地對礦山等測量。參考測量地區相機像控點的設置，采用專業的方法對測圖的高程、平面坐標等準確計算，例如空中三角測量方法。如果測圖與現實情況誤差較大，需要再次使用無人機補測。

3 無人機航測系統在礦山地形測量中的具體應用

本文以某縣礦山治理項目為測量對象，該區域礦山及周邊面積約12平方千米，參考設計單位提供的1:5萬線路中線方案，比較線與中線分比約為240米。該礦山大部分位于山地、丘陵地區，附近區域植被茂密，有居民區，地形崎嶇、復雜。該區域礦山最高高程與最低高程分別為-4米、108米。

3.1 控制測量

該地段的控制測量采用GPS技術與全站儀測量法。在礦山區域中每隔2平方千米設置相機像控點，控制點為一雙四等類型。之后，將導線點設置在相鄰相機控制點之間，間距為500米。設置完畢后，由專業人員對無人機搭載的相機進行檢校，查看攝像頭是否發生損壞，相機能否正常成像。

3.2 航空攝影

在對該地段的走向調查后，擬設計3個飛行駕次，結合區域綜合情況，設計每個航測無人機3條線路，對該地段以及附近區域進行測量。ZC-Ⅱ為本次無人機的飛行平臺，無人機的飛控系統為YS09。本次航測選擇佳能EOS 5D Mark Ⅲ單反相機，該相機焦距為36.03毫米。測量工作選擇在無風/微風、晴天的天氣下進行。航攝分辨率為0.3米。

3.3 相機像控點布設

本次使用1.3米方形噴繪圖紙，以黃紅相間的三角圖案為布控點標志。由于該礦山地段大部分位于山地、丘陵地區，地形崎嶇、復雜，視野范圍較窄，相機像控點布標同時采用了人工的方式。選擇正方向普通噴繪布，在噴繪布上繪制四個黃紅相間的三角圖案，力求無人機成像清晰、精確。

本次相機控制點通過全站儀導線等測量方法測量，使航測無人機成像精度與分辨率得到提升，降低測量成本，縮短測量時間。

3.4 空三加密計算

航測無人家對測量區域完畢后，可以通過解析方法獲得相片外方位因素以及加密點坐標，校正相片數據，確保框坐標殘值的絕對值為0度。并對該測量礦山地段的大氣折光、主點位置以及畸變情況等進行數據處理與分析，進而提高測量、計算結果的準確性。相對定向時，礦山每個像對連接點的距離相同，并將連接點設置在相鄰標準點位區。

3.5 正射影像圖與可視模型的制作

待無人機拍攝完畢后，采用計算機軟件制作正射影像圖，測量人員對大量的方位元素謹慎分析后獲得三維點，之后進一步分析航測圖像。

之后將獲得的三維點、三維圖像建立可視化模型進行分析，直觀地了解該礦山地段及周邊地區的地形，并進一步研究礦山地質及礦體。

3.6 外業測繪與內業測圖

采用全野外調繪后刺點測圖進行內業測圖，如果與現實情況誤差較大，需要再次使用無人機補測。針對礦山兩側的地質情況，需要考慮到礦體的高度。

3.7 精度檢查

檢查該礦山地段附近的礦山隧道、礦體的高度、寬度等，劃分區域內的礦體與不同地質，對測量區域內的電纜、高壓線等線路的電壓與分布情況進行調查與記錄。

4 結語

綜上所述，無人機航測系統在礦山地形測量中的應用具有精度高、靈活性好、受天氣與環境影響程度小的優勢，能夠較好地適應地形復雜的航測環境，提升了我國礦山地形測量的質量與效率。