浅谈无人机在矿山测绘中的应用

殷行YIN Hang

（华北地质勘查局五一九大队，保定071050）

0 引言

露天矿山的地形复杂，地表采掘，不易行走，测量难度大，矿区有的地方人无法到达。无人机摄影测量飞行高度低，成像分辨率高，起降方便，机动灵活，根据测量任务可搭载不同设备，可一次性完成对露天矿山的地形、采掘区、矿区建筑物、构筑物等测量，不仅提高了工作效率，同时也避免了安全隐患。

1 无人机测绘技术的优点

1.1 数据获取周期短

采用无人机测绘技术，多是低空飞行获取影像数据，避免了卫星航空技术受天气条件的限制，以及常规航空技术需要办理空域飞行申请的客观条件限制，能够有效保证数据采集的时效性，极大缩短数据获取周期。

1.2 操作灵活

无人机技术在多年发展中已经朝多功能化、集成化法向发展，无论是从技术层面还是使用便捷层面，无人机航测相比人工测绘均有很大的优势。如今无人机设备体积更小，携带和操作更加方便，可以根据露天矿山测绘要求更换功能模块，从而更好的满足测绘要求。

1.3 数据分辨率高

无人机低空飞行一般不高于地面1000m，甚至还可以在距离地面200m 左右飞行，通过机身携带的高分辨率数码相机，可以获取较高分辨率的影像数据，并且提高数据获取的准确性和及时性，满足比例尺测图精度及监测要求。

1.4 应急性强

露天矿山测绘工作中存在很多的繁琐环节，难免遇到测绘中的不确定因素，此时就要做好应急工作。常规的人机航测中，受到露天矿山的多方因素影响，一旦发生了应急情况，往往无法第一时间采取应对措施，造成人员、资金等损失问题。而应用无人机航测技术，在面对应急情况处理有着更加优异的表现，优于无人机是远程操控、隐蔽性强，遇到紧急情况可以快速撤离，大大降低了人、财、物的损失，还可以节省空间成本。

1.5 飞行控制自动化

现阶段，无人机飞行控制系统已经可以做到根据图像上指定点位飞行，并且在电量低于预设值或达到用户自行设置的电量值时自动返航，实现全程飞行自动化。

2 无人机航测系统构成

无人机航测系统主要包含：无人机起飞平台、飞行控制系统、数码相机、地面站、无线通信、地面数据处理系等。飞行平台采用了无人机设备，控制系统采用专业的微型无人机控制系统，摄像系统搭载高像素、高分辨率数码单反相机，在无人机飞行过程中，飞行控制系统控制相机快门实现定点曝光，采用固定光圈确保物镜畸变参数更加统一。为了提升露天矿山测绘效率、实现安装生产目标，要做好无人机航测设计工作，采集1:2000 数字线划图，对无人机航测系统进行试飞验证矿山数据采集精度。除了要做好无人机航线设计和数码相机调整，还要在地面上指定位置设置控制点，通过区域网空中三角测量自检方法，计算出系统误差根源，对像点位置坐标值进行修正，确定内方位元素、物镜光学畸变数值，保证相机标定精度，将标定结果应用到无人机航测系统中，这样即可借助无人机航测系统在区域大比例尺地形图中采集高精度数据信息。

3 无人机在矿山测绘中的实际运用

3.1 技术设计

技术设计阶段需要了解测区的地理位置情况，收集矿区基础资料，如基础地形图、卫星影像资料、控制成果等。对无人机相机设备进行检校，确保设备主要技术参数符合规范规定的要求，拟定飞行航线，设计航向重叠度，设计旁向重叠度，设计地面分辨率，满足测图精度，提高飞行效率；进行现场踏勘选择合适的起飞和降落的场地。

3.2 像控点布设

为了满足无人机航测精度，要严格控制像控点，可以采用直径为60cm 的圆形像控点，并用白石灰粉标记像控点。航线间隔控制在1km 以内，每隔一个航线布置平高点。如果无特殊情况下，要在航向、旁向6 片重叠范围设置像控点，保证像控点共用性。分区重叠部位也要布设像控点，提升像控点利用率。借助RTK 设备对每个像控点布置精度进行检测，通过2 次测量取均值后作为标准点，确保整体精度。

3.3 飞行作业

到达矿山起飞地点后，无人机起飞前检查GPS 信号情况，指南针是否已经校准，确认螺旋桨是否旋紧，电池、遥控器电量是否充足；机身电机座和起落架有无开裂迹象，电机内部有无明显杂物，螺旋桨表面有无明显损坏，云台是否居中，云台系统是否正常工作。无人机起飞后让无人机在半空中悬停一会，再进行上升、下降、前后左右平移、左右自转等动作，观察无人机的飞行姿态是否稳定；确保遥控天线的切面与无人机保持平行，且天线和无人机之间没有任何遮挡。航线飞行完成后，现场对照片数据进行全面检查，检查完成后如存在漏拍则需重新补拍飞行，若无问题，则此次航拍完成。

3.4 空中三角剖分加密技术

在画图的过程中，测绘工作很容易受到外界因素的干扰，比如环境或者是植被方面等等。因为这些外界原因会造成无人机在使用技术的过程中，没有办法符合地面控制点在测量方面的有关标准。与此同时，三角加密处理具有很明显的特点，能够弥补不符合映射精度标准的现象。三角加密是通过使用某种软件来准确的评估图像外部的方向元素，并且除去具有影响的方面，这样不仅可以提高测量的精确度和可靠性，同时还能够改进地形的测绘条件，使得测绘结果更加稳定精确。在三角加密处理完成的基础上，按照矿图中输出的有关数据创建DOM，DEM，DSM 等模型。

3.5 数据处理

数据处理包括以下步骤：①打开ContextCapture 新建工程，设置工程路径。②导入照片，导入本机照片，设置采样率，检查航片完整性，每个照片组都会有一个相机的参数，可以在右键菜单中导入或导出相机的检校参数。③空中三角测量：1）设置名称，最好根据飞行架次或项目时间信息进行设置；2）参与空中三角解算的照片，默认使用全部的照片；3）照片的定位信息或地理参考信息的设置；4）空中三角参数的设置；5）空三等信息的检查；6）空三刺点（在航片上刺地面像控点）。④模型重建，在空三结果中开启一个重建，建模开始之前，必须进行建模参数设置，设置坐标系确定生成的产品类型，确定生成的产品格式，选择产品格式，确定产品的坐标系及平移量，提交产品。⑤开启引擎，检查工程中配置的发布任务路径，需要和工程中发布的任务路径一样。打开引擎，最后获得OSGB 数据和正射影像图，导入《EPS 三维测图系统》成图。

3.6 测绘精度分析

可以借助INPHO 全数字摄影系统实现空三加密，根据无人机实际飞行状况、像控点布设情况，设置相应的区域网加密，将航测数据整理之后，借助INPHO 软件中Match-AT 模块，导入航测数据参数，系统会自动生成图形，匹配相应的连接点，计算出航测区域的网平差，最后再导入加密成果、mapmatrix 文件，即可形成露天矿山立体数据模型。在高程差精度检测中，将无人机航测数据导入到软件中生成DTM，在中桩中掺入高程值，和RTK 检测高程值对比，这样即可得出高程差，并在坐标系中呈现，x 坐标为高程差区间、y 坐标为中桩点数与差区间对比。比较差数值与航测精度直接挂钩，通常比较差比重控制在5%即为航测合格。误差检测可参照《低空数字航空摄影测量内业规范》进行，通过分析定向点、连接点误差，计算平差结果计算测绘区域飞机航高，即可对影像结构精度进行校验，分析检测结果是否可以满足1∶2000 地形图测图标准。通过以上操作流程，即可提升无人机航测在露天矿山的应用精度，得到十分清晰的影像数据，在小区域大比例尺地形测绘中有着很大优势。

3.7 外业调绘及补测技术

如果生成的地形图存在错误，就需要及时的实施外业调绘及补测技术。因为尽管无人机测量的运用大大减小了摄影存在的盲区现象，然而依然没有办法防止受到地形地貌以及建筑物分布等方面干扰而导致摄影出现盲区，这样的话，就没有办法利用摄影测量得到相应区域的地形信息，这个时候需要使用其他测量技术方法来实施外业补测等。所以，在进行影像数据内业处理期间，对摄影存在的盲区进行标注，及时的实施外业实地调绘和补测工作。不仅如此，在内业处理过期间存在争议的地形地物也需要标注出来，从而利用外业调绘或者补测技术进行处理和解决，这样可以在根本上强化无人机测量精确程度。

4 结语

无人机摄影测量是地理信息数据采集的一种飞跃，是提升测绘地理信息服务保障能力，是促进测绘地理信息升级的需要，是推进智慧城市建设和应急保障能力建设的重要保障。无人机航拍测绘地形图的生产应用，作业效率比传统测量模式有大幅度提高，加快了测绘产品内、外业数据生产的一体化流程，满足矿山开采测绘任务的需求，为露天矿山地形图测绘提供了新的技术手段和方向。