無人機低空攝影測量在地質測繪保障中的應用

張培洋，朱美嘉

（河南省新鄉市規劃設計研究院，河南 新鄉 453000）

隨著GPS動態定位技術、圖像融合技術以及數據處理等技術的快速發展，現代化先進的測繪技術快速發展，如無人機低空攝影測量技術等[1]。與傳統的測繪技術相比，無人機低空攝影測量技術顯著的減少了大量的外業測繪工作量，降低了成本，提高了精度。隨著無人機低空攝影技術的快速發展，不再局限于航空拍攝等領域，而是廣泛的應用于礦山測繪、城市測繪、工程測繪等領域[2]。因此，本文以無人機低空攝影測量技術為研究對象，分析其在地質測繪保障中的應用。

1 簡化了地質測繪流程

無人機航空測繪技術發展歷程較長，早期階段的無人機低空攝影測量技術是無人機搭載遙感儀器在測繪區域上空按照設定的行高、旁向重疊度、航向重疊度等進行拍攝，獲取測繪區域的航拍影像資料，測繪過程中主要流程包括：測繪范圍確定及飛行計劃編制→地面踏勘及控制測量布設→確定起飛時段、起飛時間以及起飛機場等→按照行高、旁向和航向重疊度等參數獲取航拍影像數據資料→GPSIMU數據獲取→數據存儲、傳輸→數據處理。綜上所述，早期階段在獲取測繪數據過程中耗時多，無法滿足地質測繪保障應急需求。現階段的無人機低空攝影測量技術實現了航拍影像數據與無人機搭載的定位系統實時動態存儲的POS數據以及相機參數之間的預處理，將預處理結果與地面實時融合是確保無人機數據傳輸穩定的基礎。此外，數據預處理過程中可以實現不同數據源的拼接，對航拍過程中因無人機顛簸等造成的影像數據畸形校正等有明顯的優勢，并且無人機低空攝影測量技術能夠獲得更高的測繪精度，經過空中三角加密測量后可獲得高精度的地形圖，其主要流程見圖1。

圖1 無人機低空攝影測量技術外業流程示意圖

2 高精度三維數字模型建設

三維數字模型建設是現代化測繪技術的重要組成部分，也是建設現代化三維礦山、智慧礦山的基礎。三維數字模型是將無人機低空攝影測量拍攝的影像數據進行預處理、空中三角加密測量后的數據進行三維模擬，以三維立體的方式獲取測繪區域的真實地形地貌，進而提高測繪成果資料的精度。傳統的航空拍攝測量技術、地面攝影測量技術等由于技術不成熟，導致在拍攝過程中出現較多的“留白”問題，測繪“留白”區域的精度無法滿足正常測繪精度要求，因此，對最終的測繪結果影響較大。為了有效的防止在測繪過程中出現較多的測繪“留白”問題，在使用無人機低空攝影測量過程中結合獲取的數據信息建立三維數字模型，全面分析測繪區域的基本現狀，對存在漏洞的測繪區域及時掌握，并采用其他輔助的測繪技術方法及儀器進行補測或者調繪。此外，無人機低空攝影測量技術操作簡單，對操作技術要求較低，能夠確保操作人員更好的展開測量工作，也意味對地質測繪保障奠定了堅實的基礎。在完成三維數字模型建設以及補測等基礎上，生產DOM、DEM、DSM等產品，進而生產出精度更加穩定、可靠的地形圖。

3 影像數據處理方面

遙感測繪技術是以衛星高空拍攝的方式獲取地表信息的技術方法，即在影像數據獲取過程中主要借助衛星技術實現，因此在衛星數據拍攝過程中容易出現衛星運行角度等問題造成影像中存在較多的遮擋、不清晰等問題，進而降低影像資料的分辨率，對獲取高精度的地形圖數據造成較大困難；由于衛星距離地表距離較遠，在獲取衛星影像資料過程中對操作人員技術技能要求較高，若略有偏差，則對測繪成果造成不可估量的損失。傳統的直升機測量技術是以垂直攝影為主，即在航空拍攝過程中僅能獲取垂直方向的影像資料，這些影像資料中因垂直拍攝、樹木和建筑物等遮擋造成影像資料中存在較多的“空白區”，對整體測繪精度影響較大。此外，直升機測量技術需要配置的設備操作人員較多，使得飛機搭載過重，進而影響飛機飛行的穩定性，造成獲取的數據出現傾斜、偏移等問題，即使在后期數據處理工作中可以進行數據校正，但是工作量較大影響了地質測繪保障需求。

綜上所述，無論是衛星測繪還是傳統的直升機測量技術，均無法滿足高精度的地質測繪保障需求。無人機低空攝影測量技術解決了衛星距離測繪區域較遠的問題，也解決了直升機測量僅能獲取垂直方向影像資料的問題，實現了在較低的飛行行高下獲取不同方位的影像數據，即實現了多視角、多方位拍攝的技術難題和數據處理難題。在無人機中搭載多個五棱鏡頭，一般包括1個垂直攝影鏡頭和4個傾斜攝影鏡頭，在拍攝過程中可獲得垂直影像數據和4個不同方位的傾斜影像數據，再結合POS數據中包含的方位元素進行預測計算，通過兩種不同的數據處理方式對影像數據校正，所獲得的最終影像數據中的攝影“留白”問題明顯改善，對于影像數據中存在的少量攝影“留白”可以通過空中三角加密處理，經過數據計算消除影響，進而生產出的地形圖等精度完全滿足相應比例尺地形圖的要求，為快速獲取高精度的地形圖等提供了可能，即能夠滿足地質測繪保障的基本需求。

4 結語

綜上所述，無人機低空攝影測量技術在現代化地質測繪保障中的應用越來越廣泛，對促進三維礦山建設具有積極意義。與傳統的測繪技術以及遙感測繪技術、直升機測繪技術等相比較，無人機低空攝影測量技術實現了多方位、多角度拍攝影像的難關，也攻克了不同數據模型下數據運算的難題，使得獲取的影像數據中的“留白”問題得到明顯改善，提高了測繪精度，保障了地質測繪的基本需求。