無人機攝影測量在礦山地形測量中的應用

（云南省有色地質局三一七隊，云南 曲靖 655000）

隨著計算機技術的快速發(fā)展與在各領域的廣泛應用，電子科技產(chǎn)品方面創(chuàng)造了各種功能、各種形式、各類形態(tài)的“機器人”。無人機就屬于其中的一種，隨著物聯(lián)網(wǎng)絡的建設，無人機的應用范圍正在日益擴展，除一般的用于航拍之外，它在工業(yè)產(chǎn)業(yè)領域的應用越來越受到重視。本次研究結合這種背景與無人機的發(fā)展情況，對主題進行闡述。

1 無人機攝影測量概述

無人機攝影測量作為一項依托于設備組合的技術融合，首先它實現(xiàn)了無人機技術與航空拍攝技術，并以此為基礎，增加了測繪功能。它的工作原理相對容易理解，即是利用遠程遙控操作，對攝影測量對象進行數(shù)據(jù)采集，并完成實時在線的傳輸。從無人機攝影測量作為設備的組合方面觀察，它包括了高分辨率的相機設備，如CCD數(shù)碼相機、光學相機等；還包括了紅外線或激光掃描儀進行輔助性測量。在實際應用中，一般要求采用統(tǒng)一比例尺，按照當前常用的情況觀察，在礦山測量中應用的比例尺通常包括1：1000、1：2000、1：5000。值得注意的是，以無人機攝影測量作為地形測量工作，在本質上屬于信息與圖像之間的轉換，也是現(xiàn)實與虛擬場景的交互。因此，這種工作方式，也給實際的工作增添了無限樂趣。

2 無人機攝影測量技術與比較優(yōu)勢

2.1 無人機攝影測量技術

當前的無人機攝影測量方面納入了很多技術，而且會根據(jù)不同的攝影測量項目，進行一些技術資源之間的優(yōu)化配置。就目前廣泛使用的無人機攝影測量技術而言，分為：①攝影測量對象鎖定技術，主要是在選定區(qū)域內利用GPS定位系統(tǒng)進行范圍限定；②全數(shù)字空中三角測量技術，可以將進行專業(yè)化的二維平面與三維立體圖像測量；③像控點測量技術，其主要是進行同步數(shù)據(jù)解算，是作業(yè)效率的一個關鍵構成環(huán)節(jié)；還包括了空三加密技術、數(shù)字生成制作技術（如DLG生成制作、DOM生成制作），以及利用建模工具進行EPS三維測圖系統(tǒng)建模等技術，現(xiàn)階段一些相對復雜的測量領域也在應用實景三維模型OSGB生成建模等[1]。

2.2 無人機攝影測量比較優(yōu)勢

與傳統(tǒng)攝影測量方式相比，無人機攝影測量的比較優(yōu)勢集中表現(xiàn)在六大方面。第一，在勞動強度方面，真正降低了勞動強度；如礦山地形測量中，傳統(tǒng)時期的測量方式，牽涉到設備的運輸、轉移，監(jiān)測點的變換，以及特殊情況的現(xiàn)場人力測量等；而使用無人機攝影測量不僅解決了此類問題，也極大地節(jié)約了野外作業(yè)時間。第二，在野外減少人力資源、工程作業(yè)量的基礎上，大大提升了測量效率。第三，在作業(yè)中的靈活性更大，在形態(tài)方面它屬于微型設備，在使用方面，它屬于機動設備，對于客觀環(huán)境的約束性有一定的適應性。第四，統(tǒng)一了各類技術，突出了多元功能，測量精度可以達到與實景完全匹配。第五，規(guī)避了諸多不可預測的測量風險，如事故風險。第六，降低成本的同時，能夠在預設的任務中定向完成測量。

3 無人機攝影測量在礦山地形測量中的應用

3.1 工程概況

以云南省曲靖市宣威市某礦山工程項目為例，海拔1850m；為山地地形；地勢相對平坦；測量范圍內無大型障礙物。在前期勘察中需要按照工程項目設計方案先進行礦山地形測量。經(jīng)測量方案比較后，認為運用無人機攝影測量可以更好的滿足其測量需求。經(jīng)討論決定采用某型無人機開展礦山地形測量工作。要求如下：①采集全礦區(qū)數(shù)據(jù)信息；②繪制地形圖；③比例尺為1：2000。

3.2 應用的基本流程

對無人機攝影測量技術的應用，需要根據(jù)工程項目，進行相關設備資源匹配，并進行標準范圍內的數(shù)據(jù)參數(shù)設置；針對不同的地理環(huán)境條件，要進行一些技術選擇；針對精度檢測，應該滿足無人機傾斜攝影的基本條件限定。為了使本次論述更為清晰具體，下面就結合某礦山地形測量工程項目的實際案例展開應用探討。

（1）應用要求及標準設置。首先，根據(jù)礦山地形測量需求，對礦區(qū)一般情況進行全面而具體的調研，其中包括客觀因素的攝影面積、周邊環(huán)境、地形地貌、氣候條件；主觀因素方面的測量要求，如測量范圍、測量比例、測量繪圖等。然后，經(jīng)過具體的意見交流與測量方案確定，決定采用華測P700E型無人機類型進行測量作業(yè)。其中的數(shù)據(jù)參數(shù)設置與設備配置及其它要求具體如下。①數(shù)據(jù)參數(shù)設置：有效荷載≤5kg；續(xù)航時間≥2.5h；巡航速度平均值=90km/h。②設備配置：3500萬像素相機；鏡頭焦距35mm。③要求測量中以礦區(qū)設計方案規(guī)劃的路線為準，確保地面分辨率=5cm；傾角≤5°；偏角≤15°。④無人機攝影拍攝任務完成后，影像效果標準要求滿足清晰、均勻、飽滿。

（2）像片控制測量。該礦山工程項目中的地形測量區(qū)域，山地地形特征突出，經(jīng)分析選擇區(qū)域網(wǎng)布設方案。具體是在主要航線方面，選取2條或以上平行線作為基礎飛行線路；然后，根據(jù)拍攝測量需求進行平高控制點的分布設置，要求標準點位精準設置在每對像控點，間距標準要求在4條基線以內。另一方面，考慮到精度要求，為了從技術層面做到質量有效控制，采用強化加密像控點的方法。具體的操作限定在不規(guī)則區(qū)域內，針對凹角處進行高程點設置，針對凸角處進行平高點設置[2]。需要說明的是，此次作業(yè)中，對高程控制點的平面左邊進行了精準測量，其目的旨在為加密控制點的質量提供安全保障。

（3）全數(shù)字空中三角測量。在無人機攝影測量的高空作業(yè)中，一般都采用“三角定位”，也就是利用三角測量方法，確定數(shù)據(jù)的真值，一般要求匹配的采用帶有影像拍攝及自動化處理功能的軟件，本次所選的3500萬像素相機中匹配的軟件為Pix4D。它比較的優(yōu)勢集中在三角測量應用時，航拍數(shù)據(jù)轉換速度快、專業(yè)化處理程度高、無需人工干預即可進行數(shù)量級較大的影像高速處理；尤其是在二維地圖繪制與三維模型建模方面，滿足了專業(yè)化使用要求，精準化標準輸出。在該礦山地形測量作業(yè)中，體現(xiàn)了針對原始影像的自動校準功能。

（4）數(shù)據(jù)采集。本次無人機攝影測量在該礦山地形測量中的數(shù)據(jù)采集，主要選擇了MapMatrix系統(tǒng)，它的主要特點是全數(shù)字攝影測量；其屬性具備數(shù)據(jù)采集的自動化處理功能；其中的數(shù)據(jù)采編入庫、數(shù)據(jù)處理，都非常精準。在該系統(tǒng)的使用中，最主要的部分是完成并建立立體模型，并利用數(shù)字線劃圖與數(shù)字正射影像技術，實現(xiàn)DLG與DOM數(shù)字影像生成制作。

（6）精度檢測。為了確保在精度檢測方面的精準性，先將傳統(tǒng)方法-低空遙感礦山地形數(shù)字化測量技術，與改進方法-無人攝影測量技術進行了精度對比，本文參考了“無人機傾斜攝影測量技術”研究方面的相關實驗對比成果[3]，并對其數(shù)據(jù)進行了錄入校驗，結果表明在傳統(tǒng)方法中，使用遙感測量的精度，沒有現(xiàn)階段所使用的無人機傾斜攝影測量精度高。而本次研究所采用的傾角與偏角設置均符合傾斜攝影測量的基本要求。比較效果如下圖1所示。

根據(jù)礦山地形測量工程應用的相關規(guī)范，結合本次所選的比例尺，實地測量的數(shù)據(jù)均符合CH/9008.1-2010版本，《基礎地理信息數(shù)字成果1:500、1:1000、1:2000數(shù)字線劃圖》的規(guī)范要求。其中根據(jù)軟件對地形圖進行繪制（1：2000），其圖像如下圖2所示。

圖1 遙感測繪精度與無人機攝影測量精度對比

圖2 礦區(qū)地形圖局部（1：2000）

（6）成果提交。在完成精度檢測后，對本次無人機攝影測量結果進行全面的復審，并組織討論組分析其結果，確定對該礦山全景測量中，數(shù)據(jù)精準、影像完整、繪圖符合設計方案要求的基礎上，經(jīng)過質量審核與驗收，寫定綜合性評估報告，一并提交礦山地形測量管理相關部門。

4 結束語

總而言之，在應用領域，無人機有其獨特的測量優(yōu)勢。而在它的使用方面，也顯示了獨特的功能屬性與價值屬性。通過以上分析可以認識到，無人機攝影測量在礦山地形測量中的應用，不僅能夠有效的節(jié)約成本，還可以通過信息的轉化，形成對礦山地形的在線模擬，相對于傳統(tǒng)的測繪，它的效率更高，地形繪制速度更快；從遠景觀察，它的應用與當前我國“中國制造2025”的目標相一致，有利于推動物聯(lián)網(wǎng)的進一步構建。