无人机航测在矿山地形数据采集中的应用效果研究

李国强，张 林，李 力

（西藏自治区地质矿产勘查开发局第五地质大队，西藏 拉萨 850000）

在矿山地形图测绘当中，对测绘图的质量整体要求比较高，若想进一步提高矿山地形图的测绘效率，就需要应用无人机航测技术，无人机航测技术不仅有着较强的优势，而且也可以对矿山整体地形展开细致分析。就我国当前无人机航测技术在矿山地形图中的应用情况来看，取得了非常长足的进步，无论是从可行性上，还是从有效性上，都充分证实了无人机航测技术可以有效地描绘出矿山地形图，但是在实际测绘的过程中，还存在着一些问题，通过进一步优化无人机航测技术，可以从根本上提高在矿山地形图测绘中的应用效率。

1 无人机航测的简要概述

在3s技术的有效推动下，无人机航测已经可以实现高分辨率航空摄影数据，并且通过处理这些数据，再结合图像处理技术和定位技术，可以更有效的完成地形图测绘工作。无人机航测技术的基础就是无人机平台，无人机平台中结合了动态定位技术以及航空影像，摄影技术在高空工作时，可以对地形图信息进行实时采集，并且更加精准地生成图像数据，在整个图像数据上传的过程中，主要的应用理念就是以高分辨率的真彩色数字影响作为基础，再通过数据处理技术以及软件技术的支持，形成影像校正。从本质上来说，无人机的飞行高度与地面分辨率存在正比关系，将这种系统应用到无人机航测当中，可以有效地测量出距离地面高度，但是，在实际应用当中存在较大的误差，这些误差需要通过摄影测绘图系统来修正。通过研究人员的实验分析，可以得出随着飞行高度升高100m地面的分辨率会增加2.5cm，也就是说，当无人机的飞行高度为1000m时，地面的分辨率为0.25m。除此之外，地面的起伏状态也会引起投影误差，这种误差与像点位移存在关系，当地形存在起伏时，像点与垂直投影点之间会出现直线位移情况，当无人机处于垂直拍摄状态时，投影误差和地面高度差形成正比和飞行高度成反比，针对这一情况，可以通过增加行高来解决地形起伏所导致的误差。

2 影响无人机测量的因素

2.1 飞行控制技术对测量的影响

无人机航测技术针对矿山地形测绘图进行采集时，主要通过在空中飞行时采集地形数据，所以会受到空气流动以及风向等一系列因素的影响，如果控制人员没有有效的降低这些因素的影响，就会导致飞行控制失效，也就极容易出现俯仰角以及翻滚角等一系列问题，甚至会导致无人机失去平衡，这不仅会影响到航测程序的推进，而且也会影响到无人机摄影的质量。若在拍摄过程中，无人机出现俯仰角情况，就会导致整个画面数据失真，不仅会导致成像质量较低的问题，而且也会导致本次航测失效[1]。所以技术人员的飞行控制技术对于影像质量而言非常重要。

2.2 相机质量对影像质量的影响

相机质量也会影响无人机的影像质量，因为相机作为无人机重要的组成部分，它的质量对于无人机整体航测影像的质量会产生不容忽视的影响。就我国当前无人机所搭载的相机来看，许多相机的加工与安装精确度都不够，色差较大，很容易出现影像变形的情况，而且有些相机的CCD芯片大小和分辨率非常低，这就会影响到无人机成像的清晰程度以及色彩的逼真性。除此以外，在无人机航测的过程中，数码相机是会存在噪声的，如果噪声过大，也会导致图像质量降低的情况出现。

2.3 技术方案对影像技术的影响

技术方案对无人机测量精度也有着一定的影响，若想有效运用无人机航测技术，那么首先就要制定出可行的技术方案。技术方案主要包括相片重叠度，相控点目标选取等一系列要素，这些要素对于无人机航测精确度的影响非常大。尤其在矿山地形图测绘当中，由于矿山有地形起伏，所以对于相片重叠度的要求也就比较高，相片重叠度和基线之间成反比关系，相片重叠度越高基线的长度就越短[2]。除此之外，在技术方案设计过程中，如果无人机超出了特定的设计范围，会显示各个地区物品的交角变小，立体观测效果与测量精度也会降低。

2.4 大气条件对影像质量的影响

无人机摄像成像效果也会受到大气条件的影响，如若当地的物象之间光线比较差，就没有获得有效的影像反差，就很难高辨识度的识别地形客观条件，而且在部分情况下，有些地区的太阳光线比较强，光部和暗部之间形成的色彩差异比较大，也会导致无人机摄影最终的影像质量非常不好[3]。而且大气污染程度以及大气的光线都会影响无人机成像的质量，在实际测量的过程中，技术人员一定要认识到这一点问题，加强对于无人机的操作，确保无人机成像的精确性和准确性，发挥出无人机航测的真正作用，得出较为全面的矿山地形测绘图。

3 无人机航测在矿山地形数据采集中的优势

在我国矿山地形图测绘方面，无人机航测技术属于新兴的技术和简单的人机测量技术，相比较因为遥控方式以及相机像素等问题的影响，导致了无人机的应用范围不会受到矿山地形的限制，所以也就在很大程度上节约了无人机测绘的技术和时间成本。

3.1 应急性能好

无人机航测的一个主要优势就是应急性能非常好，因为矿山地形图测绘工作是一项非常庞大且任务量繁重的工作，在测量过程中，由于意外因素的影响，很有可能会延缓测量进度，若想能够及时的解决意外事件，那么就需要测量方式，具有较强的应急反应能力。而无人机航测技术则刚好符合这一要求，人机航测技术会受到多种因素的局限，在发生意外事故时，没有办法积极有效的解决问题，就会增加矿山测量的成本，并且也会影响到工作人员自身的安全性，但是通过无人机航测技术的应用，可以在最大程度上降低意外发生的概率所需要解决的问题，只有在无人机落地时要找到一块平整的地面，这就在很大程度上降低了不必要的资金消耗和人员消耗。

3.2 作业周期短

无人机航测技术的另一个优势就是他的作业周期非常短，因为无人机的飞行高度对作业周期有着非常重要的影响，很多无人机测绘都需要将飞行高度限制在1000m以内，较短的高度不仅降低了无人机对飞行空域的需求，而且也没有必要提交空域飞行申请，这就可以从根本上提高无人机测绘的运行效率，对于无人机的工作有着非常大的帮助。在实际应用的过程中，也可以降低很多不必要的工作阻碍，进一步提高无人机的工作效率，缩短工作周期。

3.3 收集信息精准

无人机的另一个优势就是他的数据非常精准。传统的测绘根本就不能够进入矿山负责危险的区域当中进行测量，但是无人机航测可以有效的进行探测，因为无人机上装备的相机分辨率非常高，拍摄出来的影像也就更加清晰，所以，在矿山地形图测绘当中，所得的测量数据也就更加精准，这不仅可以从根本上提高无人机的工作效率，而且对于矿山地形图的测绘也有着很大的帮助。相较于其他测量方法而言，无人机航测在数据非常精确的基础上，再结合3D建模等一系列计算方式，就可以得出矿山地形的基本框架，再加以相应的补充，就可以得出完整的矿山地形图。

3.4 操作方便

无人机的体型要比人机体型小很多，在航测水平上，也有着更大的优势，而且无人机的一个主要操作优点就是非常方便。在整体的矿山测量工作当中，相较于人机测量而言，无人机更加方便携带，而且无人机对于技术人员也没有太高的操作要求，只需要经过一段时间的培训就可以上岗使用，而且无人机的精确度也比较高，在其他方面也有着较强的优势，这也就使得在矿山地形图测绘方面，无人机的应用范围要比人机大很多。

3.5 成本较低

无人机的主要操作方式是利用遥控器进行操作，相较于人机测量而言，从设备成本上就要小很多，而且也减少了很多的人工成本，在矿山地形测量方面，利用人，其测量会耗费大量的人力，物力就会造成资金大量消耗，并且还会对操作人员的生命安全造成一定的影响。但是通过无人机测量，则不存在这一问题，因为无人机测量的成本比较低，只需要工作人员站在地面上进行操作即可，这也就可以在最大程度上保证工作人员的生命安全。

4 无人机航测在矿山地形数据采集中的应用

4.1 确定矿山地形数据结构

矿山地形图测绘工作是矿山治理项目中非常重要的一部分，近年来，我国科技的发展也为矿山地形图测绘工作提供了一个以科技作为中心的全新发展项目，通过无人机远程成像技术来完善矿山地形图测绘的数字结构，不仅可以从根本上提高数字结构的精确程度，而且也可以进一步降低工作人员在矿山地形图测绘当中的工作风险，不仅满足了当前时代发展背景，对于矿山地形图测绘的要求，也可以促进无人机航测技术的展开[4-9]。因为通过无人机来进行地形图测绘，可以更清晰地得出矿山地形图的数字结构，根据数字结构展开一系列的计算以及建模工作，就可以得出完善的矿山地形图。

4.2 确定无人机的基本航线

无人机技术在我国多个领域当中已经有了非常广泛的应用，在矿山治理，地形图测绘当中也有着非常重要的影响。我国仍有部分地区还在使用最传统的人机测绘，这不仅会带来一定的安全隐患，而且从整体上工作效率也比较低，所以，矿山治理过程中，若想做好地形图测绘工作，那么就要放弃以往的传统模式，通过无人机航测剂来提高工作效率。技术人员要从无人机航线角度出发，测定出合适的航线，根据矿山的地形以及海拔范围来使得整个测量工作更加准确。

4.3 保持航测精确度设计

在矿山地形图测绘当中，应用无人机航测可以更好地保持航测的精确程度。在航测精确度设计方面，要求测绘的精确度越高越好，只有这样才能够有效的进行矿山治理的设计工作，而无人机航测技术的出现，可以满足矿山航摄的这些要求，无人机测量的优势在于成像非常清晰，而且效率高，精确度也非常高，更加适合作为矿山治理项目的测绘方式。无人机航测能够在较为恶劣的天气环境下保持正常工作，并且还能够保持一定的精确度，可以更好地符合当前矿山治理的发展理念。

5 无人机航测在矿山地形数据采集中的应用步骤

5.1 相机像控点布设

在开展无人机航测之前，首先要对镜头位置进行有效规定，这一步骤称为相机相控点布设。在相机相控点布设时，可以利用卫星定位的方法来得到有效的布控效果，并且在做完一切的准备工作后，需要专业人员安装无人机，相机安装完成后，还要进行必要的检查，确保相机的镜头处于可工作状态，并且相机整体运行正常，这不仅可以提高无人机测量的工作效率，也可以确保在工作室相机可以得到更加清晰的拍摄效果。相机像控点的布设对于整个无人机的拍摄而言非常重要，有效的布控点可以更好的完善矿山地形图。

5.2 无人机摄影

无人机摄影是第二个步骤，无人机在摄影过程中需要安装有效的定位系统，并且，定位系统可以更大限度地帮助无人机在规定时间内到达指定的布控地点进行拍摄。在无人机开展拍摄工作前，一定要加大对无人机的调试，确保无人机的正常工作状态，并且要排除周围一切不良因素，对于无人机拍摄效果的影响，从根本上避免无人机拍摄不清晰的情况出现。

在摄影过程中，操作人员也要时刻观察无人机的状态，确保无人机能够在保持自身安全性的基础上完成测绘工作，并且将数据传输到电脑数据库当中。

5.3 处理正射影像图

无人机航测在完成拍摄任务后，需要技术人员通过专业软件生成帧摄影图像，并且在正摄影图像生成后要详细处理各个方位元素，找出精准的三维点，进一步完善无人机航测的图像，得出无人机航测绘制的地形图。专业技术人员在处理正射影像图时，主要的工作任务就是一定要保持影像图的清晰，而且工作人员也要注意保持严谨认真的态度，在保证图像精准度的程度上，对测量数据进一步完善，从而才能够得出有效的矿山地形测绘图，也就才能够为后续的矿山治理工作提供帮助。

5.4 可视模型制作

在无人机完成一系列数据的拍摄以后，就可以通过可视模型来分析矿山的三维图像。可是模型的主要优势就在于专业人员可以更加直观的了解到矿山的地形，并且对矿山周围的人文环境以及区域环境进行有效探究，对无人机的测量工作有着非常重要的意义。可是，模型不仅可以进一步完善矿山地形测绘图，对于后续的矿山治理工作，也有着非常大的帮助，所以技术人员一定要加强对于可视模型制作的重视程度，建立起有效的可视模型。

5.5 空三加密计算

专业人员在处理无人机航测完成后的测量数据时，需要用空三加密技术来进行计算，通过将加密点的坐标有效鉴定，再通过无人机航拍所得出的相片数据进行有效分析，让坐标残值保持趋近于零的绝对值。在矿山地形测量数据时，一定要及时利用计算机技术对数据进行分析和处理，降低数据出现差错的概率，而且在进行加密计算工作时，工作人员可以利用平差等方式来减少外在因素，对于测量结果的影响，确保测量结果的准确性。

5.6 外业测绘与内业测图

外业测绘与内业测图一定要结合在一起，因为无人机航测技术在对矿山地形进行航测的过程中，需要保持各个部分的细节都落到实处，这也就可以让无人机取得更加精确的测量成果。但是这些得出的依据都是外业测绘，将测绘范围内设置的布控点作为基础，通过更加专业化的方式来进行计算，这属于内业测图中的一部分，通过二者的有效结合，一旦出现差异较大的数据，可以及时利用无人机再次测量，这样一来，也就可以从根本上提高无人机测量的精确程度，确保矿山测绘地形图的准确程度。

6 结语

飞行控制技术以及相机质量﹑技术方案，大气条件等都会对无人机的航测质量造成影响，所以在实际应用的过程中，一定要注意这些因素对无人机航测造成不利影响，无人机航测在矿山地形图数据采集中有着应急性能好﹑作业周期短，收集信息精确﹑操作方便﹑成本较低等一系列优势。通过有效应用无人机航测，可以确定矿山地形数据结构，并且确保无人机的基本航线保持航测的精确度，在测量过程中，首先要进行相机相控点的布设，其次，开展无人机摄影，然后处理正摄影图像，制作可视模型，利用空三加密进行计算，将外业测绘与内业测图联系到一起。