礦區地形測量中無人機航測技術的應用研究

摘 要：近幾年來，伴隨科學技術的不斷發展和進步，信息技術與網絡技術在智能技術中的應用也得到了蓬勃發展。無人機這種智能遙感設備的問世使人們的生活以及工作發生了很大改變。在礦區土地地形測量工作中，使用無人機的航測技術能夠降低相關工作的難度，也能減少工作人員的工作量，而且使地形測量工作更加精準。本文主要對無人機航測技術在礦區地形測量工作中的有效應用進行分析。

關鍵詞：無人機航測；礦區；地形測量；應用

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0224-02

前 言

近幾年來，隨著我國科學技術進步速度的不斷加快，信息技術、網絡技術以及智能技術的有效結合也得到了良好發展。在信息與數據不斷結合的當今時代，人們對工作效率提出了越來越高的要求，尤其是具有工作量大、難度高等特點的工種，更需要使用先進的技術來開展工作。在礦區生產和建設過程中，有計劃的整治挖損、塌陷、壓占等破壞土地的土地，使其恢復到可利用工作狀態。農民對土地享有經營權、使用權和收益權。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，對于山高林密、庫區或排土場下游等特殊區域，則不能滿足需要了，不僅存在外業工作量大、工期長，而且存在人與儀器的安全隱患等問題，這時，便可以選擇更先進的無人機航攝技術。本文利用無人機航測系統，對廣西壯族自治區某礦區進行航空攝影測量，以期對我國礦區地形測量提供科學依據。

1 無人機航測技術簡介

1.1 無人機航測原理

無人機航空攝影測量系統以獲取高分辨率空間數據為應用目標，通過3S技術在系統中的集成應用，達到實時地觀測能力和空間數據快速處理能力。無人機作為遙感平臺，在進行航空立體成像時，飛機攜帶數碼相機沿飛行線（或條帶）獲取垂直航空像片，在相隔一定距離的不同位置拍攝同一目標，存在視差可以構成立體像對，并可進一步獲得立體模型，然后可以通過內業數字測圖軟件制作高精度的各種地形圖。航拍可以采集0.05，0.1，0.2m等各種分辨率的正射影像圖（DOM），經過后期的數字內業處理及數字測圖后，制作符合國家標準的1：1000、1：2000、1：5000等各種比例尺的地形圖。

1.2 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。

1.3 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。①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。②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。

1.4 無人機航攝的特點

1.4.1 數據處理費用較低

無人機搭載的影像處理設備不需要太高的硬件配置，成本費用非常低。

1.4.2 具有安全性、可靠性

由于部分地區山形復雜且過于陡峭，或存在地質結構不穩定等狀況，在這些區域內測量人員存在安全隱患，而如果使用無人機，人員可通過操控無人機對地勢危險的地區進行航空拍攝測量，從而在一定程度上提高了人員安全。

1.4.3 機動的靈活性

無人機是按事先預定好的飛行航線進行自動飛行，大大地提高了航線和拍攝控制的精度，并且能夠迅速把新的地面測量的航點上傳到無人機，這樣有效地降低無人機降落后再輸入數據的情況，使無人機具備很強的靈活性。

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0.2mm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20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。

3 應用實例

3.1 工程基本概況

2017年6月，筆者所在單位受到他方委托負責廣西壯族自治區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150m，適合進行航測。此次測量任務航空拍攝的地面分辨率為15cm，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370m，旁向與航向重疊度應該分別達到65%與85%，分辨率是0.1m，航攝面積是4.8km2。該無人機續航時間40min，最大速度85km/h，最大載重2.9kg，攜帶的航攝儀是Canon5D Mark I數碼相機，無人機的飛行高度、飛行面積、地面分辨率與成圖比例尺如表1所示。

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。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10h。

3.4 成果質量檢查驗收

通過質檢人員全面檢查與驗收，該測區所有圖幅產品全部合格，最終評定該無人機航測項目取得圓滿成功，質量達到優良，為礦區地形測量工作提供了技術支撐，大大提升礦區地形測量精度。

4 結 語

綜上所述，隨著我國科學技術的不斷進步，我國在無人機研發領域取得了較為突出的成就。由于無人機應用技術的不斷成熟，已被廣泛應用到生活、娛樂以及軍事等領域，使人們的生活以及工作方式發生改變，使工作更加簡單、快捷。礦區地形測量工作具有工作難度高、工作量大的特點，而無人機的靈活度較高，而且容易操控，測量數據也較為準確，將無人機航測技術應用到這項工作中能夠使礦區地形測量工作更加方便、高效。相信隨著無人機應用技術的不斷成熟，無人機航測在礦區地形測量工作中能夠得到更好地應用。

參考文獻

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收稿日期：2018-7-10

作者簡介：曾方榮（1971-），男，助理工程師，中專，主要從事工程測量方面工作。