無人機航測在礦山地質帶狀地形圖中的精準分析

郭岑怡，朱俊臻，毛云松

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南 昆明 650000）

1 無人機航測在礦山地質帶狀地圖的任務

通過無人機開展礦上的航測工作，可以充分滿足我國實際發展的要求，并讓生產的安全性得到保證。無人機會對礦山測繪對礦山的開發造成重要影響，為此要提高對礦山測繪精準度的重視程度。將無人機航測技術與礦山測繪相結合，管理的強化工作十分重要，對測繪所得到的數據一定要確保有足夠的精確度。由于礦山測繪對于數據方面的要求非常高，在進行航測的區域一定要安置地面控制點，這樣就可以比較有效的得到準確的數據信息。制定項目任務的過程中，一定要權衡航測礦山的區域地形與實際海拔；充分考慮實際情況能夠保證航測方案制定的合理性與科學性。

2 非量測相機的優勢

擁有非量測相機傳感器的無人機攝影測量系統不僅可以節約成本，還擁有靈活便捷等特點。換句話說，它在科研、生產方面的應用擁有未來動態趨勢。非量測數碼相機也被稱作普通數碼相機，由于其體積之小，重量之輕，與無人機的配合（搭載）十分融洽。利用數碼相機所生成的影像信號，不僅能夠通過計算機完成在線作業，還能夠將其倒入影像存儲卡中。近幾年，我國的普通數碼相機的單景影像能夠利用自身強大的功能達到大比例尺低空航測制圖工作對成像分辨率的要求。

3 飛行平臺與成像傳感器

飛行平臺所采取的固定翼型無人機，其技術參數的詳情由表1可知。

表1 飛行平臺技術參數

成像傳感器由Canon EOS 5DMark 2普通數碼相機組成，其傳感器屬于CMOS類型。設計、制造非量測攝像機的初衷并不是將其用于攝影測量，因此它不具備內方位元素值的提供功能；將其與量測攝影機相對比還可發現，二者的成像幾何質量相差較大。以我國目前用于量測的普通數碼相機為基礎，開展相應的檢校工作可以掌握內方位元素等參數，進而為今后的一項數據處理提供幫助。該實驗所需的相機，其檢校需要在室內精密控制長開展，算法以管線束為主。

4 航空攝影與像片控制

第一，實驗航線的設計工作。以礦山地質測區范圍及形狀為基礎，將及成圖的比例尺設定在1：2000，并保證設計影響的比例尺處于1：20000左右、航攝地面分解力是14cm，然后通過GPS飛控管理系統開展定點曝光工作。

第二，線控點的布設方案。由區域網布點法可知，兩條和兩條以上的平行航線布設平高按制點，并保證每對像控點之間的相距不高于4條基線。至于不規則區域網，想要讓像控加密的精度得到強化，不僅要在網的凸角部位設立平高點，還要在凹角部位設立高程點。然而，如果凹凸角之間距離高于2條基線，凹角處同樣需要設立平高點。像控點需要選刺在棱角分明的地物上，這樣可以讓物方與像方的坐標觀測精度得到進一步地保障。

第三，相控點的聯測工作。試驗通過GPS-RTK作業模式進行像控點的聯控，能夠為現有的控制點成果增添物方三維坐標。加密質量的保障，在測定高程控制點平面坐標的同時，還能夠為內業加密的糾錯提供幫助。與此同時，試驗中外業觀測平高像控點有48個，分布較為密集，以利于考察無人機航測的攝影測量精度。

5 空中三角測量

無人機所攜帶的普通數碼相機成像吉和質量較量測相機差，即不能達到提供準確內方位元素的目的，還會讓無人機的航攝質量受到環境因素的影響。換句話說，光束法區域網空中三角測量的運用已經成為了必然。

光束法區域網平差，旨在將像片中的一束光線視做平差單元，中心投影的共線方程使用能夠實現平差的獲取，然后利用光線束的空間平移與旋轉完成彼此之間的最優交會；讓使用者能夠掌握更加精準的加密點地面坐標的同時，還能夠了解實際的外方位元素。選擇自檢校光束法的過程中，還可以大大地降低平差結果中出現系統性誤差的概率。如圖所示，光束法區域網平差的誤差方程，其中不涉及POS觀測數據。

圖1 光束法區域網平差的誤差方程

由上述的方程形式可知：第一式屬于像點坐標觀測誤差方程，其中t代表相片方位元素，x代表物方坐標、c代表附加參數改正數向量，三者都是解算當中充當未知數向量這一角色；而lx則是常數項的代表。第二式屬于物方坐標觀測誤差方程，x代表控制點物方坐標；lc是常數項的代表。第三式屬于附加參數虛擬觀測誤差方程。C作為附加參數，其主要是用于代表相畸變誤差。與此同時，方程形式中的E、Pc、Px，代表不同觀測值聯合平差所設置的權矩陣。

運用傳統航測光束法的過程中，區域網平差的結果會受到多種因素的干擾，如：控制點的分布與數量。故航線的實際工程形式等。然而，運用無人機攝像時，其主要影響因素只有：攝像質量較差所導致的像點觀測精度存在問題。綜上所述，筆者在試驗過程中選擇了Aberrations Correction Syestem程序模塊，進而實現糾正原始性向中切向、徑向畸變的目的；再配合VirtuoZoAAT自動空中三角測量軟件使用。具體的作業流程可分為以下三部：

第一，數據的準備工作。該項涉及到測區的建立工作、GPS參數的輸入工作、航線偏移量的確認工作等。第二，自動賺點工作。第三，空中三角測量加密。

6 立體模型數據采集與精度分析

第一，對建筑物等形態特征良好的數據點，立體模型采集點與空三加密控制點的坐標精度基本相當。這說明立體測繪雖然加入了作業員的觀測誤差，但該項觀測誤差很小，建筑物等立體測繪數據點可以用作獨立檢查點，評價空中三角測量成果質量。

第二，本次試驗的航攝和像控設計參照了1：500～1：2000地形圖航空攝影測量規范，提供了大比例尺成圖的數據處理條件。如果按照目前量測用數碼航空相機的作業能力，航測應該能夠達到1：2000地形圖的精度要求。試驗中平面誤差滿足了1：2000地形圖的精度要求，但高程點中誤差沒有達到相應精度要求，且差距較大。這說明普通數碼相機的像元尺寸雖然已與量測用數碼航空相機相仿，但構像質量較后者仍有明顯差別。

第三，盡管在影像預處理和空中三角測量過程中，考慮了構像畸變校正，但普通數碼影像仍使得按常規的基高比立體攝影，無法達到足夠的高程精度。普通數碼相機采用雙拼或四拼機組應該是目前更為實用的航攝方法。

第四，試驗中單臺普通數碼相機攝影的像對覆蓋面積小，導致航線數量和像對數量增多。使得空三加密人員增加了10倍于常規航測的工作量。顯然，多拼相機作業亦有利于改善這-缺陷。

第五，本試驗覆蓋2條～4條航線，以2條航線的長形區域為主，近似密集像控布點，取得了均勻且較為理想的平面精度。但高程控制密集下，并沒有取得按量測相機的理論上為1.69σo的高程加密精度，且遠低于該理論估計精度。這說明普通數碼相機的構像畸變殘差影響仍然很大，按量測相機作業的基線跨度布設高程控制點，遠不能消除普通數碼影像系統性誤差的對高程觀測的影響。

7 無人機航測在礦山測繪中的應用

第一，航線與地面控制的設計工作。無人機航測在礦山測繪中應用過程中，首先需要設定航測基本坐標，航向以及飛行航線等，這樣能夠保障無人機在實際航測過程中能三度重疊。在航測過程中，需要確定礦區中需要進行測繪的區域，可以選用橫縱方向交叉布置方式，無人機可以需要根據提前設置的航線進行航測，操作人員在無人機執行航測任務過程中需要對無人機基本用電量進行關注，預測到問題的出現后及時解決，讓航測工作的穩定進行得到保障。

第二，進度與采集精度的評定工作。無人機航測過程中應用的三角測量法主要是數碼影像對小面積控制點進行測量時，獲取的信息量較少，主要是對礦山勘測區域內獲取的影像數據進行提取，然后對外方位元素以及加密點地面坐標進行計算。通過將獲取的信息傳輸到相關軟件之后進行處理，在現代計算機網絡技術基礎上使得測量效果全面提升，這樣能夠提高測量準確性。在航航過程中，相關技術人員需要結合測量標準計算定向點位置，掌握各項計算誤差值，確定各個連接點之間的誤差值。

8 結語

由于我國低空空域的開放，無人機低空遙感技術的發展已經受到了相關行業工作者的廣泛關注；為此，筆者希望本文能夠為我國無人機航測技術的發展提供一定的幫助。