無人機航測用于桂西鋁土礦山1：1000 DLG數據生產實踐分析

呂紅連

（廣西華銀鋁業有限公司，廣西 百色 533000）

關健詞：無人機；DLG；實踐

無人機航空攝影測量是一種新型高效的低空遙感影像獲取技術，具有響應迅速、機動性高、使用便捷、受空域管制和天氣的影響較低，能夠適應不同測區能力，是衛星遙感和大飛機航空攝影的有力補充。隨著無人機技術的快速發展及民用化程度的不斷提高，無人機在露天礦山測量領域的技術研究也在不斷拓展。

1 測區概況及作業流程

（1）測區概況。廣西壯族自治區的優質鋁土礦資源儲藏豐富，約占全國總儲量的1/4，主要為堆積型鋁土礦。該礦體面積約1平方公里。測區為典型的喀斯特地貌，地勢起伏較大，無高大建筑物，地面植被覆蓋茂密以樹木、低矮灌木和農作物為主。亞熱帶季風氣候，夏天無暑、冬無嚴寒，交通較為方便，適合無人進行低空攝影測量。本次工程平面坐標系為國家2000坐標系，高程系統為1985國家高程基準。

（2）作業流程。本文根據該礦體實地調查的測區情況，結合現有資料以及相關技術規范要求，設計如下的無人機航攝技術路線，如圖1所示。

圖1 作業流程

2 無人機系統參數及航測技術方法

（1）軟硬件。無人機選用是大疆精靈Phantom 4 RTK，一款小型多旋翼高精度航測無人機，面向低空攝影測量應用，具備厘米級導航定位系統和高性能成像系統，便攜易用，全面提升航測效率。平臺內部載有影像傳感器、自動駕駛模塊和RTK測量模塊。

（2）影像處理軟件。市面上影像處理軟件較多，例如：Infho、PhotoScan、Pix4D等。本文選取PIX4DMapper是目前最流行的一款軟件，和傳統的基于共線方程進行空三加密的軟件不同，這款軟件基于計算機圖像識別原理來進行空三加密，軟件操作簡單，人工干預少，是剛進入航測行業用戶的首選軟件。這款軟件不光可以進行空三加密，還可以輸出DOM正射影像，DSM數字表面模型，及各種實景三維模型，包括后期處理使用最多的OSGB格式。

（3）立體測圖軟件。立體測量軟件選擇眾多，一般有Photoscan、南方數碼iData等，本文選用的是清華山維EPS立體測圖軟件。

3 航測外業及內業數據處理

3.1 航測外業

（1）航線規劃。因桂西鋁土礦山高差起伏大、地物單一地形因素的影響，容易出現航攝漏洞，最好進行攝影分區，使分區內的高差滿足航飛要求；綜合考慮季節、天氣、太陽高度角、陰影倍數等，選擇合適的航飛時間；像控點的布設重點考慮布點方式、布點個數、采集精度等；在規劃航線時應盡量避開無礦的高大石山，以防“炸機”風險。根據地面分辨率、相機參數、焦距、地形等情況，進行飛行航線的規劃和飛行參數的設置。設置航向與旁向重疊度均為80%，地面分辨率2.47cm，相對航高為120m。

（2）像控點布設與測量。像控點布設一般采用區域網布點方案，布點個數根據測區地形調整，飛1:1000比例尺的成果，每0.3個平方公里布設5個像控點合適，該項目布設16個像控點。布設像控點之前要做好準備工作，首先要檢查航測區域的地質地貌條件，準備好油性噴漆、標靶板（木板或者做的硬紙板）。其次像控點應選在印象明晰的地物點上，當刺點方針與方位不能統籌時，以方針為主。測量方式采用GNSS RTK測量模式，丈量時，氣泡居中或者用三角支撐桿固定，承認好所測像控點方位以及對應點號，不能搞錯點號與之對應的坐標。像片控制點中的平面控制點要求選在影像清晰的細小線狀地物點、明顯地物拐角點，高程控制點還要求高程起伏較小，選點困難地區，可考慮實地布設控制點。為了滿足大比例測圖需求，一般采用實地布設控制點。

3.2 內業數據處理

利用Pix4Dmapper在導入原始航片和POS數據后，進行影像預處理，修正影像畸變和相機檢校；加入外業控制點，本地處理中勾選全面高精度處理，點擊開始就進入全自動運行模式。運行完成后軟件彈出質量報告。質量報告主要檢查區域網空三誤差、相機參數優化質量和控制點殘差。數字線劃圖(DLG)則要根據生成正射影像圖(DOM)、數字表面模型(DSM)、點云等數據借助立體測圖軟件以及外業調繪等進一步生產。

3.3 調繪與補測

主要采用先采集后調繪的方法。根據構橡的規律和特點，識別出地面上相應物體的性質和數量，把像片上所有必要的地物和沒有在像片上顯示出來的重要的隱蔽地物和地貌元素，在野外調查補測繪出，并且適當地加以綜合取舍，用正確的圖例符號表示出來，再把這些內容編制在地圖上。

4 精度分析

（1）精度檢核方法。為了探究本次實踐數據的可靠性，在測區內選取10個具有明顯特征的檢核點，利用采用GNSS接收機RTK模式進行坐標的數據采集與影像上對應點的量測取的檢核點的坐標數據進行比對，從而來精度評定。

（2）對比結果。實測坐標與圖上量取坐標及誤差見表1。

表1 無人機航空攝影實際測量坐標與圖上量取坐標及誤差

（3）精度評定。依據《GB/T24356-2009測繪成果質量檢查與驗收》，按同精度檢測，地物點的點位中誤差計算公式為：

平面坐標點位中誤差為0.026，滿足《GB/T 7930-2008 1：500 1:1000 1：2000地形圖航空攝影測量內業規范》的精度要求。

5 成本對比分析

測區因地形地物的高差、復雜程度、天氣等各種原因導致費用成本相差非常大，因些以本項目為例。在現有條件一致的情況下，對測量成本進行對比。

（1）無人機方案。采用無人航測方案共投入2個人（一個小組）。外業航飛和布設像控點1天時間，空三加密和DLG采集2天，外業調繪1天，總共需要4天時間。按每人日薪200元計算，該項目方案需投入2*4*200=1600元。

（2）傳統工程測量方案。若采用傳統工程測量方案，4個人（二個小組）采用GPS-RTK外業采集碎部點的測量方法進行。外業采集數據按照每小組0.05平方公里/天來計算，需要10天時間，內業成圖需要4天，總共需要14天時間。按每人日薪200元計算，該項目方案需投入4*14*200=11200元。

6 結語

本次通過工程實例表明，在桂西鋁土礦礦區利用大疆消費級無人機通過內置RTK技術，在加入像片控制點的條件下，可用于測繪大比例尺地形圖且精度能夠滿足1：1000地形圖要求。實踐過程存在一定的優點和不足，分析如下：

（1）無人機航測優勢明顯。在鋁土礦生產過程中的測繪工作包括：礦區原始地形測繪、采空區地形圖測繪、復墾地形圖測繪、采礦量計算等等繁重的測繪任務。經過計算，采用大疆Phantom 4 RTK進行桂西鋁土礦山1：1000 DLG數據生產項目的外業踏勘、外業飛行、內業處理以及人員投入成本和管理成本方面，可以節約大量企業成本，提高了效益，不僅成果精度可以保證，而且工作效率是傳統測繪方式的數倍甚至更高。

（2）樹木高度對數據的影響。DSM數據是包含地面附著物高程信息的數據，要想得到DEM，就要去除地面附著物如建筑物、植被等的高程信息。采礦前原始地茂較為繁茂，這種情況對于地物坐標數據影響很大而對于采空區和復墾區的地形測繪可不考慮樹高問題。在實際工作中怎么找到更好的去除樹高，減少地面附著物對測量成果的影響是我們下一步的研究方向。