无人机航测在矿山测量中的应用探讨

无人机航测在矿山测量中的应用探讨

米文锋

湖南省湘煤地质工程勘察有限公司，湖南长沙 410000

摘要：矿山地质地貌形态复杂，地形起伏变化较大，为工程测绘带来了诸多难题。针对该问题，应用微型无人机技术对矿区进行了多次监测。无人机摄影测量是中小面积地形测绘的重要手段，具有低成本、高效率、高精度、信息量大、产品可以重复使用的优点，弥补了传统方法的不足。无人机能较为准确地反映矿山地区沉陷盆地的真实状态，对全面分析地表沉陷规律具有重要的意义。

关键词：无人机航测；矿山；测量；应用

1导言

无人机摄影测量拥有了相对成熟的技术支撑和应用基础，实时动态定位技术提高了无人机航测精度，尤其在大比例尺地形图测量方面。传统的地形测量以二维测量为主，对建设“三维矿山”、“立体矿山”和“智慧化矿山”不利，但无人机航测技术避免了二维测绘的弊端，实现了三维测绘的目的。

2无人机倾斜摄影技术在矿山测绘中的应用优势

2.1监测效率高

无人机倾斜摄影技术监测效率高，因此被广泛应用于矿山测绘中。矿山测绘涉及范围广，且测绘数据非常多。当监测效率低下时，就会影响矿山测绘水平，还会影响突发性事件的处理效率。矿山测绘对于监测效率的要求比较高。相比于其他测绘技术来说，无人机倾斜摄影技术结合数码传感器、全球定位技术、飞行器技术，可以提升矿山测绘效率。

2.2灵活性高

相比于航拍飞机来说，无人机的体型轻巧，运行速度快。在运行期间无需驾驶员，能够减轻机体重量，提升运行与操控灵活性。通过应用无人机倾斜摄影技术，可以监测矿山不同区域的环境信息，保证良好监测状态，提升矿山测绘的准确度。

2.3数据分辨率高

无人机倾斜摄影技术组成包括数码传感器、飞行器、数据定位处理系统等，通过各设备系统的优化组合，可以明显提升无人机倾斜摄影技术分辨率。通常来说，相比于卫星影像分辨率，无人机倾斜摄影技术可以超过3倍，并且可以实现0.1m的精确度。

3 旋翼无人机基本概况

本次大比例尺地形测量使用的无人机型号为广州南方测绘科技股份有限公司生产的HO1300型无人机，其最大平飞速度可达10m/s,最大续航时间可达50min。南方测绘数字倾斜航摄仪以能够同时获取多方位、多角度的航空影像数据而区别于传统的垂直航测技术，即该技术通过配置倾斜方向上的摄影相机，获得不同侧面的航空影像数据，降低了影像数据的“留白”问题，提高了地形测量的精度。在矿山测量中具有良好的应用优势，主要体现在：①能够搭载单镜头相机、全景相机、多光谱相机、三维激光扫描仪等仪器，可根据测量需求灵活变动，进而满足矿山测量需求；②无人机采用碳纤复合材料，机身轻，强度大，刚度高，确保了无人机飞行的稳定性；③支撑双飞控系统，无人机飞行安全度高，同时减轻了操作难度；④便于携带，无人机安装简单，同时机臂折叠后内收角度增大，大幅降低包装收纳体积，机身设计抗震防摔，使运输更便捷。

4无人机航测在矿山测量中的应用

4.1像控点布设

像控点测量是提高测量成果精度的基础，本次像控点的布设以及测量遵循以下6个原则：(1)像控点的布设应根据测绘区域的地形地貌确定其密度，在地形地貌变化较大的区域可适当加密布设，在地形地貌变化小的区域可适当抽稀布设，由于测绘区域的地形地貌变化相对较小，故本次采用的像控点密度为2.5点/km²；(2)像控点一般布设在旁向大于100m,且航向基线不少于1条的区域；(3)像控点的位置应选择在容易识别的地形地貌中，且不应存在争议，如房屋的房角、田坎的田角以及地形较高的山头处等部位；(4)像控点的布设应尽可能避开高大建筑物或者植被发育的区域，该区域容易因遮挡而造成航空影像数据中识别不清晰或者完全被遮挡，对整体测绘精度影响较大；(5)像控点的布设应尽可能避开较大水域区域，这是由于水域的水面变化较大，对测量精度影响较大；(6)像控点的布设应以重复利用为基本原则，故一般布设在交通条件相对较好、容易保护的区域，便于作为校正点。

4.2像片控制测量

像片控制测量有助于提升测绘结果的精度，在布设控制点时，应当参考标准要求设置。此次测绘选择航向重叠度为65%，旁向重叠度为60%。在布设像控点时，应当关注到以下问题：第一，根据测绘区域的地形地貌，划分不同的测绘区域。测绘区域外的像控点，多设置在轮廓线以外，位于航向基线数量在1条以上，旁向超过100m位置；第二，在选择像控点时，应当联合测绘区域的地形地貌，选择易识别、无争议的区域，例如明显的地物标志；第三，在山头选择像控点时，可以在地形起伏小的区域，以此确保测量结果的精度。在布设像片控制点时，应当选择高程变化小的区域，以此提升倾斜摄影测量精度；第四，针对制备发育区域，存在高大构筑物的区域，则会加大像控点布设难度。在开展业内测量时，会出现测量遮挡视线问题，从而降低测量精度；第五，当测绘区域内存在大面积水域时，会加大像控点布设难度；第六，在布设像控点时，应当全面分析测绘区域的交通条件，选择交通条件良好，便于存储的区域。

4.3空中三角加密处理

虽然倾斜航空测量有效避免了垂直航空测量仅能从垂直方向获取影像数据的弊端，显著减少了影像数据中的“留白”，但是通过该技术获得的影像数据中不可避免地存在因高大建筑物、植被等遮挡而出现的“留白”,导致局部区域的影像质量无法达到精度要求，此时可通过空中三角加密处理解决该问题。空中三角加密处理是借助无人机航拍过程中定位系统自动存储的POS数据文件对其进行方位元素的预测处理，将高大建筑物、植被等影响因素剔除，能够有效提高测绘精度。在完成空中三角加密处理后输出成果图件，自动生成DSM、DOM等成果。

4.4三维建模与数据采集

在建立三维数据模型时，需要通过多角度倾斜影像的校正操作、联合平差操作、多视匹配操作等，以此获得三维倾斜模型。完成三维数据模型建立后，可以通过数据处理软件获得区域内的地貌和地物数据。数据采集所涉及的内容如下：第一，采集地物要素。该采集工作由手动完成，例如拍摄影像像控点、建筑物等有效控制测量精度；第二，自动化提取地貌要素三维信息，涉及到高程标注点、等高线采集等，再由人工通过现代化处理软件平台整合处理；第三，在处理地物遮挡问题时，对像片内的遮挡区域，进行补充测量，确保整体测量数据准确可靠全面提升测量精度与准确度。

4.5地形图制作

在完成空中三角加密测量后，使用MapMatrix全数字摄影测量系统采集地形数据，自动化生产出1:2000地形线划图，并对自动生成的DLG数字线划图进行核查。若存在问题，应及时检查测量数据的正确性，直至数据无误后生成最终的DLG数字线划图。完成后，通过手动处理的方式增加其他地理信息，如水系、高程以及房屋等信息，其稀疏稠密应按照相应比例尺合理布局，避免各类标记点过于稠密或者稀疏。

5无人机倾斜摄影测量技术未来展望

此次研究将无人机倾斜摄影测量技术应用到矿山测绘中，根据应用实践可知，该项技术可以快速获取测绘区域内的影像数据资料，同时包含调查区域内的地物信息，以此建立三维模型，可以提出清晰的矿山开发利用策划图，为矿山建设与开发应用提供详实可靠的数据资料。

数字化方向属于测绘技术的发展新方向，在测绘工程中，可以应用智能化系统，操作人员联合工程实况绘制图纸，以此提升测绘工程的效率，还能够缓解操作人员的工作压力，对工作程序开展优化设计。

智能化也属于无人机倾斜摄影测量技术的发展趋势，从客观角度看，智能化发展能够满足实际工作需求。在矿山测绘工程中，开始广泛应用智能化技术无人机倾斜摄影测量技术，充分发挥出智能化系统的作用，收集相关信息数据进行检测。当发现数据误差比较大时，可以及时给予提示，确保操作人员进行核实，保证数据的可靠性与准确性，为后续工程奠定良好基础。

6 结语

无人机倾斜航空测量技术在矿山测量中具有明显的优势，不仅提高了测量工作效率，降低了测绘成本，而且所获成果图件精度高，完全满足矿山建设对大比例尺地形图精度的基本要求。

参考文献

[1]兰舜涯.露天矿山测绘中无人机航测的应用研讨[J].中国金属通报,2020(11):161-162.

[2]王海云，余如松，缪世伟，等．航空摄影测量技术在海岛礁测绘的应用[J].海洋测绘，2011,31(2):45-48.