無人機航測技術在礦山測繪中的應用

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1概述

通過位置、地形、資源及其利用狀況等信息的實時勘查與測量，以此獲取相關數據信息為礦山測繪的主要目的，其意義在于全面掌握礦山資源的基本信息與利用狀況，以此實現礦山資源的合理配置。但是，基于傳統測繪技術的分析，人工效率低、測量精度也較低，已無法滿足現代測繪發展的需求[1]。故此，引進高科技測繪技術，實施礦山測繪改革對于現代測繪事業的發展已經勢在必行。數據處理、高分辨數碼傳感器、微型無人機平臺與導航定位系統為無人機航測的主要組成，即是通過影像處理、遙感傳感、遙測遙控、無人機操控、數據通信及GPS定位等新興技術的運用，以無人飛行器為載體，利用數字遙感設備（如數碼攝錄機、數碼相機）對遙感數據以影像的形式實施采集、記錄、處理以及（同步）傳輸，以此將礦山的地理信息（環境、資源、地形）快速而精準的獲取，從而實現遙感信息數據的分析、處理、建模與應用。

2無人機航測技術的應用優勢

（1）影像數據分辨率高。無人機航測以低空飛行為主，加之其所配影像設備為高分辨率傳感器，因此所獲影像數據分辨率高，可精確至厘米級。與傳統人工測繪技術相比，無人機航測所獲數據信息精度高、人為主觀影響較小，從而使測繪結果更能反映真實狀況，進而可更好的服務于礦山資源的后期規劃與開采工作。同時，無人機航測技術的高分辨率優勢可以更好的滿足礦山測繪過程中各種比例尺的測圖和監測等實際性需求，表現出其他技術無法比擬的應用優勢。（2）數據獲取效率高。對于信息數據的獲取，無人機航測技術快速而準確的表現使其應用優勢得到了進一步加大?；跓o人機航測特性的分析，其在運用現代軟、硬件技術的基礎上因飛行狀態處于低空而有效規避了空域申請的各種限制。一般情況下，只要天氣良好，飛行條件允許，無人機只需注冊后便可起飛作業，進而對信息數據采集及時性與連續性的有效保障而表現出顯著的高效性[2]。（3）經濟實用性強。無人機航測技術在礦山測繪應用過程中的經濟實用性，主要以對計算機技術、信息技術與網絡技術等高科技技術的應用為體現。在現代新興技術的綜合作用下，使得無人機航測技術表現出簡單、靈活且易于操控的特點，因此在現代礦山測繪工作中彰顯出了獨特的應用優勢，進而使其迅速得到了推廣。在人類生活與生產節奏日益加快的當下，具有人工智能特性的無人機航測技術以其極高的自動化優勢高效、高質、及時的為礦山測繪工作提供了必要性助力，實現了測繪數據的實時收集、分析以及決策，同時降低了成本投入，使現代礦山測繪工作表現出極強的經濟實用性。

3應用實例

3.1測區簡介

礦區地處某山體北段山間盆地，屬中山山地。本次測區位于礦區西北方向，其長寬尺寸分別為4225m與3677m，待測面積15.54km2。該測區地勢呈中間高南北低走勢，最高點海拔1232.54m，最低海拔912.67m，最大相對高差約320m；測區交通不便，基本為植被覆蓋，且無建筑物，人工測繪難度較大。

3.2項目任務

為適應現代礦山企業發展建設不斷加快的形勢，滿足加強安全生產，加大對煤礦規劃管理力度的需要，對礦山進行航空數碼測繪。內容包括1:2000及1:5000數字線劃圖（DLG）采集、數字正射影像圖（DOM）、礦區地形地質圖，以及驗證無人機航攝系統用于礦山地形數據采集的測量精度。該測區采用Quickeye（快眼）Ⅱ型無人機搭載非量測型數碼相機進行攝影作業，又布置大量的地面控制點。然后對航飛數據通過區域網空中三角測量的自檢法來計算全部系統誤差根源對像點位置坐標的綜合改正值。從而確定內方位元素和物鏡的光學畸變值，實現相機的高精度標定；并將標定結果用于測繪產品生產，以此來對無人機攝影測量系統在小區域大比例尺地形圖立體采集中所能達到的精度水平進行評估和驗證。

3.3項目實施情況

（1）航線設計。以測區地形條件、測繪面積、形狀規劃及成圖比例為參照，本次航測共設航線9條，均為東西方向航飛。旁向與航向重疊度分別大于35%與65%，設定航高1068m，18cm的分辨率，每條航線獲取航片16張，定點曝光采用GPS飛控管理系統進行實時控制。（2）地面控制。地面控制是由內業布點，外業人員野外刺點。本測區野外像片控制點的布設按照《1:500，1:1000，1:2000地形圖航空攝影測量外業規范》中區域網布點要求進行布設。像片控制點布設在航向及旁向至少3片或4片重疊的范圍內，共布設39個平高點，布設的像片控制點均可公用。采用GPSCORS網，其是通過現有的數據通信網絡和無線數據播發網，向各類需要測量和導航的用戶以國際通用格式提供碼相位/載波相位差分修正信息，可實時解算出流動站的精確點位。平面坐標系統采用CGCS2000國家大地坐標系，高程基準采用1985國家高程基準。（3）加密結果精度及采集精度評定分析。利用Inpho軟件實施空三加密，它有著強大的粗差檢測與平差計算功能。對于測區內所有加密點的地面坐標與影像的外方為元素，均可以利用少量地面控制點實現。

3.4成果精度分析

依據《低空數字航空攝影測量內業規范》（CH/Z3003―2010），通過平差結果的分析可知，本測區由無人飛行器搭載普通數碼相機以1068m的相對航高進行航攝作業，通過檢校加密糾正后，立體像可以滿足地形圖測圖的1:2000的平面精度要求，進一步表明處于云下低空飛行的無人機航測系統所得到的影像數據具有極高的分辨率，且其精度也是有人飛機與衛星系統無法比擬的。因此，對于小區域大比例尺地形圖測繪數據的獲取，無人機航測技術表現出極強的可行性。分析采集結果可知，本次所獲數據的絕對與相對定向及加密中的各項限差全部滿足要求，雖然判別誤差會影響到平面精度，但對高程精度不會形成較大改變，同時還可得知，在平面成圖精度提升方面，該系統潛力表現較大，通過地面分辨率的適當放寬以及航高的增大，無人機航測技術還可實施小比例尺的地形圖測繪。例如在成1：500與1：1000地形圖時，設計地面分辨率分別為7.5cm和10cm，并且均以全野外布點或區域網空三加密為運用。

4結語

基于以上論述，無人機航測技術在礦山測繪中的應用對操作人員的專業技能與經驗要求較高，其過程復雜而又系統，只有做到實施過程的全動態化控制，方能實現測量成果的精度化與準確化。

參考文獻：

[1]許杰,聶子玲,熊又星,等.基于Modbus-RTU協議的變頻器多路溫度采集系統設計[J].電器與能效管理技術,2016,35(19):37-40.

作者:張寧寧 顧利紅 董丹丹 單位:淮安市水利勘測設計研究院有限公司 安徽?。ㄋ炕春铀瘑T會）水利科學研究院