矿区测量中无人机航空摄影测量技术的应用

何复亮，李国桥

（1.江西省中核测绘院，江西 南昌 330006；2.广东绘宇智能勘测科技有限公司，广东 广州 510000）

对于矿区测量技术而言，与地形测量工作具有一定的相似性，所以，无人机航空摄影技术能够在矿区测量作业中取得良好效果，并大幅度提升测量工作效率。在应用该技术进行测量作业后，可以在较短时间内获取更多矿区内的地质信息，并且这些信息的准确性更高，矿区测量工作效果更佳。因此，需要针对这项技术进行更加深入的分析，为矿区位置的测量技术应用提供更为有效的保障，促进矿区测量事业的发展。

1 无人机航测技术简述

1.1 无人机航测工作原理

将具有三维特征的物体进行转变，使其成为二维影像的过程即为摄影，但是，摄影测量技术具有与之相反的过程，在使用无人机设备进行航测的过程中，需要借助无人机设备，并为其搭载专门的相机进行像片拍摄，在经过系统的建模算法处理后，可以获得被拍目标摄物体的最终形状、时空位置等诸多方面的物理特征信息。

当无人机摄影设备作为遥感平台的终端设备时，可以在航空立体拍摄成像时进行及时处理，并且当飞机本身携带的非量测数码相机中沿已经设定好的各种航线获取信息，同时还可以保证垂直于被摄目标物体的对应航空像片，当两者在相隔一段距离时，被拍摄物体在不同时间和位置展现出的图片效果不同，可以借此构成更为具体的立体像，进而利用拍摄到的所有数据信息完成目标物体的立体模型，在此之后可以借助专门的内业处理软件进行分析，最终得到自己所需各种的DEM检测结果、数字正射影像结果与数字线划图等关键信息。

1.2 航空摄影测量作业流程

在使用无人机设备进行航空摄影测量作业时的流程图详情如图1所示：

2 无人机航空摄影测量技术分析

（1）在使用无人机设备进行航空摄影测量作业时，该技术能够为现场的测量工作人员提供更为准确的地理信息，并且摄影得到的所有数据精确性极高，远远超出传统测量方式得出的信息数据精准度。在此期间，矿区现场的测量工作人员可以运用这种测量方法展开更加系统的、全面的测量工工作，并充分利用各项图像数据信息，施行对所得数据的三维转化处理，进而为后续阶段的三维建模工作提供可靠依据，保证建模精准度，保证模型具备参考价值。

（2）在使用这项测量技术进行测量作业时，能够大幅度减轻现场测量人员的总体工作强度，缓解矿区内工作人员面对的实际压力。在应用无人机摄影技术进行测量的过程中，现场的测量人员可以对无人机摄影设备进行合理控制，将无人机设备放置于垂直或倾斜状态，并在此时完成相应摄影任务，攫取目标信息，在这样的测量模式下，可以大幅度减少现场测量工作人员面对的工作压力，并减少人工参与比例，保证测量数据精准度的同时，减少人工作业误差[1]。在此期间，矿区现场内的所有测量人员还需要科学设定自己的无人机设备飞行路线，保证自己的航摄内容具有针对性，同时还可以保证各项测量数据的代表性，在摄影测量工作完成后，可以将所得数据作为根本参考信息，展开更加细致的分析与控制，工作效果更佳。

3 工程实例分析

3.1 项目概况简介

某矿区位于山西大同，待测区域的地势总体呈西高东低走势，并且目标地域的地形和地貌十分复杂，主要结构为高山，同时还有较多地势起伏较大的丘陵地区，对应的煤田区域位于山西的西北部、吕梁山北部、四周环山，西北面是牛心山，西面是西石山,西南面是洪涛山，东面是加泉山,东北面是雷公山，可谓众山环绕。待测地域的海拔最高与海拔最低差为200m，山体平均高度为1470m，并且绝大部分的地面坡度处于6°～25°之间，均属于山地。其中，此次主要测绘任务为航空摄影任务，并由空三加密DEM、DOM生成[2]。

此次测量工作中的无人机航测系统配备搭载的相机型号为SONY-A5100，此相机拍摄质量极高，能够在移动过程中获取像素为2400万标准的照片，并且清晰度极高。

3.2 测区内无人机航飞实施情况分析

此次航测任务的无人机设备为德国MD4-1000四旋翼无人机，此无人机的飞行续航时间在30min左右，最高飞行速度可达6m/s，机身可携带航摄镜头为SONY-A5100数码相机。

在此次研究活动中，航向重叠度设定为80%，航向旁向重叠度设定为80%，因为待测区域内的地形起伏比较大，所以飞行高度设定为200m，无人机设备飞行速度设定为6m/s。在航摄期间，累计获得图像3024张，图像覆盖有效范围为2.43km2。

3.3 相片控制测量

此次矿区测量任务共设定18条飞行航线，矿区测区内累计布设像控点28处，像控点以印制成的像控标识图为主。

（1）像控点选择：对于UASMaster9.0设备，将其设定为全自动方式，这样可以更加准确、快速的提取到目标连接点信息，并把所有同名点的照片信息进行直接关联，在此之后，则可以对选定后的所有相片进行集中处理，并将像控点、进行点等相片中间位置的像控点进行集中选刺，并将边缘位置的点舍去。

（2）相机像控点整饰处理：对于矿区内的实地布设像控点而言，在控点过程中可以使用用手机设备完成拍摄任务，此时的像控点位置周边均为实地背景，并且在照片上的对应位置进行记录，并保证相对应点号的位置与时间名称准确性。

（3）像控点观测处理：对于像控点位置的观测任务，需要使用GPS-RTK模式完成测点任务，此间需要保证所有的点位信息准确性，保证观测点坐标的准确性，在将所有关键信息进行统一处理后，则可以开始对像控点进行观测处理，并保证最终观测结果的准确性[3]。

3.4 全数字空中三角测量分析

对于空中三角测量而言，又被称之为空三加密，在实际应用的过程中，需要根据野外测量区域范围内的实际情况进行合理布设，保证少量控制点能够对所有待测点做出有效覆盖，同时将此作为最终计算任务的待求点信息，再加上待求点对应的平面坐标位置与高程数值之间存在直接联系，并且摄影所得像片中的6个不同外方位元素同样处于一致状态，分别包括3个不同的线元素以及3个不同的角元素。

在全数字空中三角测量作业中，本次测量任务将天宝UASMaster9.0号无人机航测软件作为核心计算软件，在对关键数据和信息进行统一处理的过程中，第一件任务是明确相对定向，此时航线可以自动匹配到对应的构建自由网信息系统中，并展开相应平差计算处理，得出最终值，然后以此作为航摄作业的执行指令。在实际测量中的空三加密流程详情如图2所示：

图2 空三加密流程图

3.5 成果质量检查

将此次测试区内的所有检查点进行精度检验，详情如表1所示。

表1 DOM精度检验

经过系统检验后，可知生成与高山区位置的DOM检查点信息在平面中的实际误差与高程中误差数值分别为0.193m和0.443m，因此，最终得出的数值均优于《数字航空摄影测量空中三角测量规范》(GB/T23236-2009)中提出的1：1000比例尺，其中，矿区中的山地位置在检查点的平面数值与高程最大限值数据分别为：0.5m和0.5m，能够充分满足测量任务要求。

3.6 外业航摄测量要点

与此前阶段的常规测量技术进行对比，这种无人机航拍测量技术在工作效率方面具有非常突出的使用优势，并且在测量速度方面远远超出传统测量作业模式。但是，在航摄测量作业受到来自外部地形条件的影响或者所在地的气候环境出现变化后，此时的无人机航摄设备便无法实现对待测区域内的所有地点的全面数据信息采集，在这样的情况下，需要由现场的测量人员进行人工测量作业，用人工测量方式对外业测量工作无法覆盖的区域进行补测，并将人工测量结果与无人机航摄结果进行统一处理，此时的最终测绘结果具有更为精准的借鉴作用。因此，可以将最终测量数据作为计算的标准参考值，并展开计算，进行相关检验。由于此次测区内的矿区形较非常复杂，所以，在实际测量过程中工作难度较高，不仅会受到来自外部环境的影响。因此，所有的现场测量人员都需要针对测区内的各个部分隐蔽区域进行人工测量，借助全站仪设备完成相应的补测工作，然后再利用激光测距仪或钢尺设备进行交会法处理，完成量测任务，进一步提高人工测量数据的精准度，并保证人工测量角度的完整性和全面性。

保证补测区域内的人工测量结果有效性，需要结合在此前拍摄的信息数据图，找出问题区域的具体位置，并利用更加先进的人工补测技术，全面提升各项测量数据的规范性。在对人工测量数据进行修正处理的过程中，还需要以内业测图作为基本核心，分别对各项内业数据展开全面的校验处理，借此保证所有测量数据均能够与地理信息相对应，保证测量结果的精确性。

3.7 三角测量要点

三角测量，即借助数据处理系统，对已经获得各项测量数据的地点展开综合计算处理，此时数据处理系统可以在运行过程完成相应计算任务，有效减少人为干预造成的不利影响，同时还可以在规定时间内完成所有定向工作，不会对测量工作进度造成不利影响。在建设区域网后，还需要保证多个模型之间的稳定连接效果。在实际操作阶段，矿区现场中的测绘工作人员，需要根据软件系统在运行期间的总体需求，科学选择各项待测地点的最终参数，并将所有的有效数据信息输送至计算软件中，然后利用区域网平差优化技术完成对关键数据的处理，即可完成测量任务。最后，还需要对三角测量数据的最终成果进行精确性检测，保证测量结果有效。

3.8 测量注意事项

（1）充分结合矿区内测区所在地点的实际状况，并在航空摄影处于测量作业状态时完成控制任务，此时在现场中的测量人员，还需要对得出的最终数据加以比对和校正作用。为进一步防止发生数字化相片边缘问题导致的变形现象，矿区内的测量人员还需要在实际测量期间针对数字影像加以科学校正，并保证对各项航拍设备的参数设定准确性，确保后续阶段的全方位检查作业效果。

（3）结合矿区检测范围内的实际情况，选定自动化操作模式，然后可以利用更加先进的信息处理系统，对所有定向点信息进行合理分配，当设备能够充分满足测区提出的阁下那个测量精度要求后，可以适当减少错误测量数据输出。与此同时，为达到提升测图质量的目的，现场的工作人员还需对加密数据进行最终的归档处理，在第一时间完成关键数据的存储，避免发生数据遗漏问题。

4 结语

综上所述，在使用航空摄影测量技术后，可以在瞬间获取目标物体（即被测物体）的大量物理信息和几何数据，并且还可以将这些数据进行重复利用，具有容易存储的优势。摄影测量工作的精度，主要由无人机设备搭载的云台相机像素大小决定。在现代科技不断进步的背景下，云台相机本身的像素也在不断提高，并且数字近景摄影测量技术的应用领域也在变得越发广泛。在这样发展背景下，矿区测量工作可以采取设定进一步的研究目标，将影响摄影测量数值精度的所有其他原因进行一一排除，此外，不断提升软件处理算法的科学性，持续改进软件计算系统，使其生成的模具备更高的精确性，这也属于矿区在未来阶段的主要研究方向之一。