矿山地形图测量与成图过程中无人机的应用

袁贵洪，王缉华

（1.柳州水利电力勘测设计研究院，广西 柳州 545007；2.柳州中南勘察有限公司，广西 柳州 545007）

矿产地形图测量和成图作业中，数据的获取，采取传统航测法，是利用大飞机平台搭载航摄仪，开展地面摄影和内业处理工作。不过小区域地形图测绘，难以应用大飞机，因为周期长、成本高，进而影响着有人机的应用。无人机低空数字摄影测量系统的应用，有效弥补了大飞机的缺陷，扩大了航空摄影测量范围，获得了不错的效果。

1 无人机的应用配置

在具体应用中，要结合项目实际需求，配置设备和人力资源，保证作业顺利开展。结合某测绘项目，分析无人机的应用配置。该测区面积为3836272m2，长度为1562m，宽度为2456m，成图比例尺为1:500，测区地形地貌复杂，海拔范围为968m～4100m，谷峰相对高差在300m～1500m范围内不等，为中温带区域气候，测区气候条件立体多样，增加了测量作业的难度。采取常规的测绘作业方法，无法按时、按质完成测量和成图任务，也难以直观展现测区内部的交通和植被等情况。因为无人机航摄系统的应用，具有快速获取高分辨率数字影像的优势，本文探讨其生成所需比例尺数字线划地图和数字地面高程模型以及数字正射影像图。在作业的过程中，考虑到无人机质量比较轻，其极易受到低空气流的影响，出现偏角误差。除此之外，若重叠度设计比较小，极易出现航摄漏洞；若重叠度较大，则航飞重叠度会造成基高比减小，影响着高程精度，增加内业工作量，加大了处理难度。基于相关的影像资料，无人机在数据采集信息的过程中主要是经过自动和手动相结合，这样能够自动排除一些没有效果的信息内容，使获取到的数据更加有效，提高了作业效率。经过综合分析，最终决定采取以下参数：1）相对航高设计为1000m；2）GSD设计为0.14m；3）航向重叠度设计为75%；4）旁向重叠度设计为45%。此次航摄作业，总计飞行24个架次，设计24条航线，总计获得1965条影像。航摄参数如下：1）架次1。相对航高1000m；航向重叠度75%；航线间距为300m；曝光间隔为100m；GSD0.14m；照片数量982。2）架次2。相对航高1000m；航向重叠度75%；航线间距为300m；曝光间隔为100m；GSD0.14m；照片数量983。此次无人机外业测绘作业，总结投入4人，花费3天，完成测绘作业。

2 矿山地形图测量与成图过程中的无人机操作

（1）外业测量。无人机测量流程如下：首先，无人机能够将航摄影像、POS数据与航摄相机参数进行有效结合，经过预处理后，传输到加密系统中；其次，加密系统中的航摄数据经过自由网PATB平差后，采取外业控制方式，提升加密结果的准确性；最后，加密结果的输出。当每个架次航摄测量作业完成后，利用平台将POS数据全部导出，并且检查影像数据的重叠度和影像质量。从检查结果来说，两个架次的无人机航空摄影影像数据的航向重叠度处于70-75%范围内，旁向重叠度处于40-45%范围内，没有出现航摄漏洞，影像照片倾斜角＜3°，飞行质量能够达到矿山地形图测量与成图的具体要求。无人机测量流程具体如下：1）制定技术路线。在实际应用中，基于无人机的矿产地形图测绘技术应用，主要是通过基础控制测量和像片控制测量、解析空中三角测量以及数据采集等，获得DLG、DEM以及DOM数据[1]。2）测量像控点。一般来说，测量像控点的位置，采取双参考站快速静态测量法和RTK动态测量法，运用GPS拟合法，获得高程数据。

对于像控点的布置，按照每条航线3条～4条基线标准，设置1对点，保证像控的选刺和整饰等，能够达到基本设计要求。布点可以控制成图的范围，测段接头位置没有漏洞。刺点误差以及刺孔的直径都＜0.1mm，并且要刺透，没有双孔。点位说明要确切，略图要完整。

（2）数据处理和成图。测量数据和图形绘制流程如下：①解析空中三角测量。在具体操作的过程中，使用的是全数字摄影测量工作站，经过像点连接以及像控点量测等流程，自动完成空三加密以及DOM生成。对控制点文件以及相机文件等，进行相应的检查，保证输入无误后，进行像控点量测[2]。②外业调绘。在操作时，采取全野外调绘法，利用航空影像，借助自由网空三成果，生产DEM。③地形图数据采集和编辑。利用全数字摄影测量工作站，进行数据采集。模型定向选择的是空三自动恢复模型，实现立体测图，进而减少二次误差，提升立体测图精度。开展采集作业前，需要开展空三精度检查。并且使用像控点开展检测作业，当达到精度要求后，再开展后续作业。④生成DEM和DOM。使用专业软件，进行DEM制作，确保其精度同经过编辑后的地形图数据相同。利用DEM成果数据，使用专业软件，进行正射影像制作，并且检查套合DLG数据。在进行测量数据处理时，工作人员要做好严格的把控。

具体来说，要将数字摄影测量技术，同IMU/DGPS系统相互融合，开展空三加密处理。根据各个元素以及数字微分纠正对正射影像进行求取，根据数据处理流程操作，获得相应的数字正射影像图。在具体工作中，利用全数字摄影测量系统，进行数据采集，根据相关需求，对采集的数据开展分层处理，最终依据收集的数据，对矿山地质环境治理恢复地形图进行制作。

（3）无人机测量结果分析。上述测绘项目中，在试验区域内部，采取基于GXCORS的网络RTK定位法，进行多个检查点测量，并且把检查点全部导入DLG成果，开展全面检测。因为测绘地区地形陡峭，而且地物比较少，因此只进行高程精度检查。选择分布在易于判断特征点的区域，开展数据采集作业，并且在图纸上明确标注测点的位置，便于数据对比分析。

本项目总计检测216个高程点，高程中误差值是0.155m，最大误差值是0.271m。此次作业中，总计投入4人，用了3天便完成了外业测绘作业；内业数据处理工作投入4人，用了3天完成任务。总计花费6天，便完成了全部的测绘工作。

3 结语

综上所述，矿山地形图测量和成图过程中，利用无人机摄影测量，可以快速得到所需要的地形图。从无人机测量结果分析中可以得出在具体项目应用的过程中，需要根据成图比例尺和精度要求进行合理设计，严格按照技术操作流程完成数据采集和处理，才能制作出所需要精度的地形图，以满足相应设计阶段和生产的需要。