无人机航测在高原矿区测绘中的应用解析

薛永军

(内蒙古自治区测绘院,内蒙古 呼和浩特 010051)

0 前 言

无人机遥感技术发展迅速，在不同的领域中都发挥着关键作用，通过对无人机航测技术的应用，不仅是现代科技术的体现，而且也是现代行业发展的趋势。无人机航测是一种新型的航测技术，与传统人机航测相比，具有操作简单、隐蔽性高、成本低等特点，并且不容易受地形因素的影响，但是，在实际应用过程中，也会存在一定问题，因此，需要做好相应的分析工作。

1 无人机航测概述

1.1 无人机原理

在具体航测过程中，利用固定翼或多旋翼无人飞机器作为载体，选取GNSS 导航以及 IMU 的定姿模块，通过该方式，就可以对高分辨率的数字相机进行应用，其在具体应用过程中起到的主要作用是对地面进行拍摄，同时还可以利用计算机软件完成对获取的数据的有效处理，通过以上操作，可以快速形成低空高分影像无人机航测系统[1]。新型的无人机航测系统在实际应用中，与传统老式载人飞行器相比，不仅成本低，而且生产效率更高，对于促进行整个行业的发展来说有着重要作用。

1.2 无人机的结构

分析无人机系统构成，航测系统的主要组成结构为： 集成 GNSS、无线通讯、计算机相关的信息处理技术等；主要组件包括：固定翼或多旋翼无人机、传感器、GNSS定位、数据处理器等多项内容[2]。

2 无人机航测技术在具体应用过程中的优势

现代对无人机航测技术进行应用，应当与人机航测技术的应用进行对比分析，通过分析可以无人机航测作为一种遥感技术，在具体应用过程中，具有广泛的应用范围，并且影像传输的时效性较高，缩短了航测时间，可以降低人工成本，因此具有不错的经济效益。

1)良好的应急性能

矿山工程测绘期间，测绘工作任务繁杂，并且工程量较大，并且测绘过程中还会遇到许多困难，一些突发性事件会使测绘工作变得更加困难，针对出现的突发性事件，为了将影响控制在最小，降低损失，应急反应是一项十分关键的内容[3]。从以往矿山的测绘经验来看，传统的人机测绘工作会受到多方面因素制约，测绘期间一旦发生突发事件，无法及时采取有效的措施应对，这不仅会对测绘工作的正常开展造成不良影响，而且会引起较大的经济损失，对矿山航测来说十分不利[4]。而采用无人机航测技术，如果航测期间遇到了突发事件，只要搭建一个相对比较平整的地面，就可以完成相应的降落操作，这大幅度减少了财力、人力支出，有效的控制了突发事件造成的损失。

2)作业速度快

测绘的周期与飞行的高度有着直接联系，矿山航测过程中，飞行的速度通常都不会超过1 000 m，这种高度飞行，对空域的具体要求相对来说较低，因此，作业期间，不需要对空域进行申请，这在一定程度上简化了作业流程，使工作效率得到了进一步提升，同时也降低了工作难度，可以快完成相应的航测工作，从而为日后工作的开展提供有利的数据支持，避免因为航测慢而对工作的开展造成制约。

3)数据准确

无人机航测之所以在矿区测绘过程中得到广泛应用的一项主要原因是，该项技术与出人机航测相比，可以抵达到一些人机航测难以探测的地区，同时在无人机上搭设的摄像头具有很高的分辨率，航测期间各个方面的效率都得到了进一步提高，由此可见，在矿区测绘过程中，对无人机航测技术进行合理应用，可以获取准确的数据，并且在该过程中可以将合理的数据快速、精准的应用在测绘中，提升测绘效果[5]。

4)操作简单

同传统人机航测相比，无人机航测在应用期间有着较大提高，特别是在操作变得更加简单化，这也使整个航测作业变得更加简单。

5)降低成本

在矿区测绘期间应用无人机航测技术，也就是说，在测绘过程中对远程操作完成相应的遥控作业，实际测绘中，选用机型得到尺寸较小，在该背景下，无论是操作费用，还是人工方面具有的优势都十分明显，因此，在攻克了技术难过后，矿区测绘中应当合理地对无人机航测技术进行应用，特别是针对一些高原矿区的测绘，可以大幅度降低测绘成本。

3 矿区概况

某矿区位于我西南地区，平局海拔超过了3 000 m，受该地区地质和地理环境影响，矿区内的地物稀少，同时能由于风沙作用，形成了较厚的覆盖层。相关工作人员对该地区进行了两年左右的时间的勘查，通过勘察数据可以发现，该矿产具有品位高、床埋藏浅等特点。依据该地区矿山勘查开发的具体需要，通过探讨，最终确定航测的面积大小为110 km2。

4 无人机航测关键技术

4.1 无人机航空摄影

具体航测过程中，应当严格的依据《低空数字航空摄影规范》中的具体要求，对地面的分辨率(GSD)加以确定，其数值为18 cm，相对航高为980 m，绝对高度达到了3 980 m，一共有4个飞行架次。航测过程中，采用的测图的比例值为1∶2 000。依据大比例尺航测图的具体特点，同时在航测期间，还要与当地的地形条件相结合，对于飞行架次的的具体曝光间隔、航线间隔等各项内容，都应当依据实际情况而定，只有各项内容合理，才能确保航片的重叠度能够满足要求，具体航测参数如表1所示。

表1 航测参数

采用无人机进行航测过程中，每一架次航测结束后，要通过合理的方式将像片中的数据导出。检查重叠度和影响质量，完成相应的检查工作后，要将POS数据导出，通过该方式处理后，多数像片倾斜角度都会在4.5(°)以下，超过8(°)的仅在总航片数量的10%左右。通过对航片进行观察，可以发现，获取的影像的色彩十分均匀，并且较为清晰，颜色达到了饱和状态，同时也没有出现划痕和云影等不良情况，具有不错的层次感，反差适中，完全可以满足实际使用需求。

4.2 控制好相应的像片

在研究区域内，设置D级和E级的GPS点，两种不同级的GPS点个数分别为60点和120点，这些点将整个研究区域完全覆盖，同时，在具体研究过程中可以发现，高程、平面精度都达到了相应的规范要求。依据矿区的的具体情况，最终设计南北飞行航线，依据《低空数字航空摄影测量外业规范》中的实际要求，针对该区域外业依据6条基线逐航布设平高像控点160点[6]。通过分析可以发现，测区内地物稀少，像控点的具体布设要以航前布设地表作为核心。像控点位于D、E级GPS点的基础，对RTK方法进行合理应用，完成相应的测量工作。除此之外，在平缓地区较明显的便道拐弯处等布设高程检查点50点，调绘工作应当同步完成。

4.3 做好加密

区域网空中三角测量平差前，应当合理的应用畸变纠正程序对原始航空影像进行畸变差修改，通过该方式，实现无控制自由网平差。在具体作业过程中，应当对空三处理航线进行精准设计分析，在通过自动挑粗差点后，保证每个点都为同名点，并且要在此基础上，对区域内得点的具体情况进行详细检测，对是否存在漏点情况做出准确判断，并且应当通过手动方式，适当增加一些连接点，确保模型间的连接强度能够达到要求标准[7]。完成上述操作后，对VirtuoZo AAT空三加密软件进行合理应用，完成无人机航测影像区域网平差，区域网平精度统计结果如表2所示。

表2 区域网平差精度统计结果

通过表2中的数据可以看出，区域网平差结果完全符合《数字航空摄影测量空中三角测量规范》对1∶2 000山地精度的具体要求，满足矿区测绘标准要求，因此在实际航测中能够发挥出应有的作用。

4.4 立体测图

利用VirtuoZo NT 全数字摄影测量系统完成相应的立体采集工作。在具体航测过程中，模型定向应用空三自动恢复模型，完成立体测图作业。相关工作人员在具体作业过程中，需要特别注意，在立体测图基础上，为了确保最终作业结果能够满足人们的需求，应当将D级和E级内的GPS控制点合理的展绘到数线划图(DLG)上，然后在作业期间，采用高等线内插方法， 对DLG高程精度情况进行详细检查与分析。在具体分析过程中，因为该地区的地物十分稀少，所以只对高程精度进行详细检查。具体检查结果如表3所示。矿区测绘过程中，以《低空数字航空摄影测量外业规范》中的具体规定的误差的2倍作为高程误差的具体限差，通过获取的数据结果可以发现，最大高程无误差值不到限差大小的2/3，满足了相应的要求标准，因此，对其进行应用不会出现任何问题[8]。

表3 地形高程精度检测结果

完成数据对采集的数据编辑后，将各种无用的数据删除，然后通过直接内插的方式形成DTM，最终生产DEM。完成上述操作后，通过对 Orthomosaic 正射影像软件进行合理应用，制作数字正射影像图(DOM)。

5 无人机航测与传统航测对比

1)以本次项目为例，对无人机航测与传统航测的对比情况进行分析，在具体测绘过程中，航测和野外像片控制一共投入18人，各项作业在2天内完成。业内航测投入10名技术人员，在14天内完成相应的作业。如果针对该矿区的测绘工作，采用传统的测绘方法，受地区地理环境，以及冬季可合理应用的时间短等多项因素影响，很难在14天内完成此项任务。通过对该项目进行分析，不难发现，通过对无人机航测技术进行应用，可以加快作业速度，减少野外工作量。并且，整个作业过程中的成本，与常规测量相比，仅为1/3左右，具有不错的经济效益。

2)传统测绘方法在具体应用过程中，只能提供数字线划图，无人机航测则不同，不仅可以能够为相应的工作人员提供数字线划图，同时也可以提供DOM、DEM 等成果，可以对各种成果进行综合应用，应用起来更加方便。

3)本次进行测绘的矿区没有植被覆盖，地形相对来说比较破碎，许多地区的地形十分复杂，工作人员难以抵达，因此，测绘期间，如果采用传统的测绘方法，无法完成对一些变换点的合理采集，这也就会导致成图精度不均匀，图面地形出现较为严重失真情况，通过具体分析可以发现，航测结果不会受到地形的限制，并且在具体应用过程中，具有较高的精准性，对地貌的具体情况可以高度还原，从而使地图的整体精度得到了进一步提高。

4 结 语

在高原矿区测绘过程中，应用无人机航测技术优势明显，并且采用无人机航摄测绘1∶2 000地形图在高海拔矿区，能够满足各项规范对精度的具体要求。对于地面起伏较大的矿区，采用分区航摄方式布设航线，而在高差较大区域，为了提升影像质量，可以缩短航线间隔和曝光间隔，该方法在高原地区应用是可行的。航摄飞行绝对高度达到了3 980 m，对拓宽无人在高海拔地区的应用具有指导意义。

参考文献：

[1] 罗伟国,薛国建,李博.微型无人机航测在大比例尺地形图测绘中的应用[J].油气储运，2017(12):1-9.

[2] 王玉龙,王建忠,李锦.无人机低空航测在环境地质调查中的应用[J].矿山测量,2017,45(5):39-42.

[3] 舒斯红,肖斌.基于差分GNSS无人机航测系统在数字航测中的应用研究[J].矿山测量,2017,45(5):48-51.

[4] 郭娟.无人机航测技术在金属矿山测绘中的应用[J].世界有色金属,2017(14):43-44.

[5] 叶伟林,宿星,魏万鸿,等.无人机航测系统在滑坡应急中的应用[J].测绘通报,2017(9):70-74.

[6] 郭伟,徐大展,黄国栋,等.无人机航测技术及其在土地整治项目中的应用探究[J].科学技术创新,2017(25):119-120.

[7] 厉芳婷,闵天,尧志青.无人机航测技术对影像空三精度的影响[J].测绘通报,2017(s1):75-78.

[8] 龚崇辉. 新型无人飞机在矿山生态环境动态监测的实践运用问题与建议探讨[C]// 中国地质学会2015学术年会论文摘要汇编(下册).北京：中国地质学会,2015.