淺談無人機在礦山測繪中的應用

殷行YIN Hang

（華北地質勘查局五一九大隊，保定071050）

0 引言

露天礦山的地形復雜，地表采掘，不易行走，測量難度大，礦區有的地方人無法到達。無人機攝影測量飛行高度低，成像分辨率高，起降方便，機動靈活，根據測量任務可搭載不同設備，可一次性完成對露天礦山的地形、采掘區、礦區建筑物、構筑物等測量，不僅提高了工作效率，同時也避免了安全隱患。

1 無人機測繪技術的優點

1.1 數據獲取周期短

采用無人機測繪技術，多是低空飛行獲取影像數據，避免了衛星航空技術受天氣條件的限制，以及常規航空技術需要辦理空域飛行申請的客觀條件限制，能夠有效保證數據采集的時效性，極大縮短數據獲取周期。

1.2 操作靈活

無人機技術在多年發展中已經朝多功能化、集成化法向發展，無論是從技術層面還是使用便捷層面，無人機航測相比人工測繪均有很大的優勢。如今無人機設備體積更小，攜帶和操作更加方便，可以根據露天礦山測繪要求更換功能模塊，從而更好的滿足測繪要求。

1.3 數據分辨率高

無人機低空飛行一般不高于地面1000m，甚至還可以在距離地面200m 左右飛行，通過機身攜帶的高分辨率數碼相機，可以獲取較高分辨率的影像數據，并且提高數據獲取的準確性和及時性，滿足比例尺測圖精度及監測要求。

1.4 應急性強

露天礦山測繪工作中存在很多的繁瑣環節，難免遇到測繪中的不確定因素，此時就要做好應急工作。常規的人機航測中，受到露天礦山的多方因素影響，一旦發生了應急情況，往往無法第一時間采取應對措施，造成人員、資金等損失問題。而應用無人機航測技術，在面對應急情況處理有著更加優異的表現，優于無人機是遠程操控、隱蔽性強，遇到緊急情況可以快速撤離，大大降低了人、財、物的損失，還可以節省空間成本。

1.5 飛行控制自動化

現階段，無人機飛行控制系統已經可以做到根據圖像上指定點位飛行，并且在電量低于預設值或達到用戶自行設置的電量值時自動返航，實現全程飛行自動化。

2 無人機航測系統構成

無人機航測系統主要包含：無人機起飛平臺、飛行控制系統、數碼相機、地面站、無線通信、地面數據處理系等。飛行平臺采用了無人機設備，控制系統采用專業的微型無人機控制系統，攝像系統搭載高像素、高分辨率數碼單反相機，在無人機飛行過程中，飛行控制系統控制相機快門實現定點曝光，采用固定光圈確保物鏡畸變參數更加統一。為了提升露天礦山測繪效率、實現安裝生產目標，要做好無人機航測設計工作，采集1:2000 數字線劃圖，對無人機航測系統進行試飛驗證礦山數據采集精度。除了要做好無人機航線設計和數碼相機調整，還要在地面上指定位置設置控制點，通過區域網空中三角測量自檢方法，計算出系統誤差根源，對像點位置坐標值進行修正，確定內方位元素、物鏡光學畸變數值，保證相機標定精度，將標定結果應用到無人機航測系統中，這樣即可借助無人機航測系統在區域大比例尺地形圖中采集高精度數據信息。

3 無人機在礦山測繪中的實際運用

3.1 技術設計

技術設計階段需要了解測區的地理位置情況，收集礦區基礎資料，如基礎地形圖、衛星影像資料、控制成果等。對無人機相機設備進行檢校，確保設備主要技術參數符合規范規定的要求，擬定飛行航線，設計航向重疊度，設計旁向重疊度，設計地面分辨率，滿足測圖精度，提高飛行效率；進行現場踏勘選擇合適的起飛和降落的場地。

3.2 像控點布設

為了滿足無人機航測精度，要嚴格控制像控點，可以采用直徑為60cm 的圓形像控點，并用白石灰粉標記像控點。航線間隔控制在1km 以內，每隔一個航線布置平高點。如果無特殊情況下，要在航向、旁向6 片重疊范圍設置像控點，保證像控點共用性。分區重疊部位也要布設像控點，提升像控點利用率。借助RTK 設備對每個像控點布置精度進行檢測，通過2 次測量取均值后作為標準點，確保整體精度。

3.3 飛行作業

到達礦山起飛地點后，無人機起飛前檢查GPS 信號情況，指南針是否已經校準，確認螺旋槳是否旋緊，電池、遙控器電量是否充足；機身電機座和起落架有無開裂跡象，電機內部有無明顯雜物，螺旋槳表面有無明顯損壞，云臺是否居中，云臺系統是否正常工作。無人機起飛后讓無人機在半空中懸停一會，再進行上升、下降、前后左右平移、左右自轉等動作，觀察無人機的飛行姿態是否穩定；確保遙控天線的切面與無人機保持平行，且天線和無人機之間沒有任何遮擋。航線飛行完成后，現場對照片數據進行全面檢查，檢查完成后如存在漏拍則需重新補拍飛行，若無問題，則此次航拍完成。

3.4 空中三角剖分加密技術

在畫圖的過程中，測繪工作很容易受到外界因素的干擾，比如環境或者是植被方面等等。因為這些外界原因會造成無人機在使用技術的過程中，沒有辦法符合地面控制點在測量方面的有關標準。與此同時，三角加密處理具有很明顯的特點，能夠彌補不符合映射精度標準的現象。三角加密是通過使用某種軟件來準確的評估圖像外部的方向元素，并且除去具有影響的方面，這樣不僅可以提高測量的精確度和可靠性，同時還能夠改進地形的測繪條件，使得測繪結果更加穩定精確。在三角加密處理完成的基礎上，按照礦圖中輸出的有關數據創建DOM，DEM，DSM 等模型。

3.5 數據處理

數據處理包括以下步驟：①打開ContextCapture 新建工程，設置工程路徑。②導入照片，導入本機照片，設置采樣率，檢查航片完整性，每個照片組都會有一個相機的參數，可以在右鍵菜單中導入或導出相機的檢校參數。③空中三角測量：1）設置名稱，最好根據飛行架次或項目時間信息進行設置；2）參與空中三角解算的照片，默認使用全部的照片；3）照片的定位信息或地理參考信息的設置；4）空中三角參數的設置；5）空三等信息的檢查；6）空三刺點（在航片上刺地面像控點）。④模型重建，在空三結果中開啟一個重建，建模開始之前，必須進行建模參數設置，設置坐標系確定生成的產品類型，確定生成的產品格式，選擇產品格式，確定產品的坐標系及平移量，提交產品。⑤開啟引擎，檢查工程中配置的發布任務路徑，需要和工程中發布的任務路徑一樣。打開引擎，最后獲得OSGB 數據和正射影像圖，導入《EPS 三維測圖系統》成圖。

3.6 測繪精度分析

可以借助INPHO 全數字攝影系統實現空三加密，根據無人機實際飛行狀況、像控點布設情況，設置相應的區域網加密，將航測數據整理之后，借助INPHO 軟件中Match-AT 模塊，導入航測數據參數，系統會自動生成圖形，匹配相應的連接點，計算出航測區域的網平差，最后再導入加密成果、mapmatrix 文件，即可形成露天礦山立體數據模型。在高程差精度檢測中，將無人機航測數據導入到軟件中生成DTM，在中樁中摻入高程值，和RTK 檢測高程值對比，這樣即可得出高程差，并在坐標系中呈現，x 坐標為高程差區間、y 坐標為中樁點數與差區間對比。比較差數值與航測精度直接掛鉤，通常比較差比重控制在5%即為航測合格。誤差檢測可參照《低空數字航空攝影測量內業規范》進行，通過分析定向點、連接點誤差，計算平差結果計算測繪區域飛機航高，即可對影像結構精度進行校驗，分析檢測結果是否可以滿足1∶2000 地形圖測圖標準。通過以上操作流程，即可提升無人機航測在露天礦山的應用精度，得到十分清晰的影像數據，在小區域大比例尺地形測繪中有著很大優勢。

3.7 外業調繪及補測技術

如果生成的地形圖存在錯誤，就需要及時的實施外業調繪及補測技術。因為盡管無人機測量的運用大大減小了攝影存在的盲區現象，然而依然沒有辦法防止受到地形地貌以及建筑物分布等方面干擾而導致攝影出現盲區，這樣的話，就沒有辦法利用攝影測量得到相應區域的地形信息，這個時候需要使用其他測量技術方法來實施外業補測等。所以，在進行影像數據內業處理期間，對攝影存在的盲區進行標注，及時的實施外業實地調繪和補測工作。不僅如此，在內業處理過期間存在爭議的地形地物也需要標注出來，從而利用外業調繪或者補測技術進行處理和解決，這樣可以在根本上強化無人機測量精確程度。

4 結語

無人機攝影測量是地理信息數據采集的一種飛躍，是提升測繪地理信息服務保障能力，是促進測繪地理信息升級的需要，是推進智慧城市建設和應急保障能力建設的重要保障。無人機航拍測繪地形圖的生產應用，作業效率比傳統測量模式有大幅度提高，加快了測繪產品內、外業數據生產的一體化流程，滿足礦山開采測繪任務的需求，為露天礦山地形圖測繪提供了新的技術手段和方向。