無人機航測在礦山地形圖測量中的應用研究

賀凱盈，李燕敏，袁曼飛

（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714099）

由于無人機技術的快速發展使得其已經滲透到各行各業中，基于無人機平臺的航空攝影測量技術得到了空前的發展[1]。無人機航測因為成本低、機動靈活和對礦山地形適應度強等特點使得其在大比例尺成圖領域應用愈加廣泛。但是在帶狀地形成圖過程中，由于像控點的網形結構較差、數量少和航拍像片像幅小、重疊度不一、存在投影誤差降低了航攝影像的成圖精度。

本文以礦山周圍1:1000地形圖測量生產任務為例，通過無人機外業數據采集、像控點準確采集和成圖過程進行詳細的闡述，并對比增加了輔助架構航線和平高控制點的方法來提高成圖精度，最后將影像成果坐標和實地采集的坐標進行精度比對，驗證基于無人機攝影測量方法進行1:1000比例尺成圖的可行性和實用性。

1 實例應用

1.1 測區概況

測區地處陜、晉兩省交界區域，位于東經110°8′19.74″～110°37′48.69″，北緯35°52′20.80″～34°36′18.74″之間。東接陜西省渭南市，西靠山西省運城市，測區長度約150公里、面積約460平方公里。測區北段約20公里為晉陜大峽谷末端，地勢起伏較大；地勢中間高，東西低，最高點為并田中部山脊，海拔1185.83m；最低點位于西北部沖溝中，海拔約900m，最大相對高度約為286m，植被覆蓋率較高，有少量礦山地質工程建筑物。參照物測區地形條件、成圖面積、形狀規劃及成圖比例等要求，此次航飛方向為南北方向，共計八條航線。

1.2 航攝方案設計

為了對比在添加輔助平高像控點的情況下空三質量增益情況，在帶狀區域四周布點的基礎上在垂直于帶狀區域的兩端和中間分別布設三排平高像控點。同時在中部布設的平高像控點區域增加兩條垂直于帶狀區域的航線，加強帶狀區域的影像聯結程度，提高整個測區在帶狀區域中部的重疊度和像片解譯質量。平面坐標系：國家2000；投影方式：高斯-克呂格投影，標準3°分帶平面直角坐標系統，坐標縱軸向西平移500km，橫坐標不加帶號；高程基準：1985國家高程基準；比例尺：1:1000；中央子午線：111度。

本次航飛外業采用的是天宇創通TEZpro，其相關參數如表1所示。

表1 固定翼無人機詳細參數

飛控系統是NP-100，它可以采用程控、半自主或者完全自主飛行模式，在飛行過程中能夠對飛行姿態、高度和速度實行穩定實時控制，保障無人機能夠按照預先規劃的航線平穩飛行。

1.3 航線數據獲取

本次航攝質量較好，飛行時間都選在陽光充足、風速較小、風向穩定的時段。各條航帶的影像數據清晰，旋偏角、翻滾角、俯仰角和航帶彎曲度以及航向、重疊度等技術指標滿足設計要求，能辨別出地面上最暗處的影像細節。各條航帶間沒有漏洞，像片有效范圍覆蓋了全部攝區，可進行立體模型的建立和連接。

在航向上超出成圖范圍的基線均在一條以上，旁向上超出成圖范圍均為像幅的30%以上，全區無攝影絕對漏洞。

1.4 像控點測量

像控點測量采用“千尋位置”系統測取像控點，后均勻選取7個點，解算其1985高程值，再通過高程擬合分區獲取所有像控點的1985高程值。航測礦區整體海拔落差小，地勢較為平緩，在區域網內，像控點布設遵循三角網布設法，基線距離在500m～800m，均勻分布，保證了較好的三角原則和精度需求。此次采取先布設后航飛方案，“十字靶標”和“特征點”結合的方案進行像控點測量。

1.5 空三加密和精度分析

（1）量測中發現外控點離各類標志太近，加密時重點處理此類問題。外控點量測時量測主要的、影象清晰的像對。對外控點處于外插位置、影象不清晰的像對不要量測，保證加密精度。

（2）適當的提高無人機POS數據權重。加入像控點重新優化后對像控點質量進行評差對于誤差較大的點剔除后重新優化評差，直至所有的粗差點被剔除。

（3）精度分析驗證過程中，為了對比空三測量在加入3排垂直帶狀區域像控點前后的精度變化情況，在空三解算過程中分別處理未加入3排像控點和加入3排像控點兩種情況進行驗證。

在驗證增設3條架構航線對影像精度的影響過程，在像片處理過程中分別處理添加3條航帶前后成圖質量，最后通過實測地物點坐標和成圖地物點坐標進行對比。對比結果如表2所示：

表2 加入3排像控點前后控制點殘差對比/m

從表2控制點殘差可以得出：像控點在加入3排平高控制點前后精度整體有了平面提高。根據統計結果，最大平面誤差：0.117m，最大高程誤差：0.038m，像控點的解算精度滿足航測成圖內業精度規范要求。

2 結論

本文以礦山某帶狀地形圖生產項目為載體，從無人機航攝方案設計、影像的獲取、像控點的布設采集和并對像控點精度在引入3排像控點前后進行對比、地物點的成圖坐標和實測坐標在添加垂直帶狀區域架構航線前后進行對比，整體精度均有了明顯提高，滿足比例尺1:1000的成圖精度。相對于傳統的全野外礦山地質測圖相比較，具有高分辨率、高效率、低成本、靈活機動受環境影響較小特點。