无人机在矿山地形图测量与成图过程中的应用研究

朱淑芹

（滨州市自然资源和规划局不动产交易登记中心，山东 滨州 256600）

矿山大比例尺地形图测量是找矿勘查和矿山建设的基础，也是井下巷道开拓以及钻孔设计的主要依据之一。因此，如何快速的获取精度更高的矿山大比例尺地形图是提高资源勘查效率和降低勘查风险前提[1]。随着现代化无人机技术、计算机技术以及图像融合技术的快速发展，加快了无人机在矿山地形图测绘中的应用，并在矿山大比例尺地形图测绘中取得了良好的应用效果。本文以某金属矿山大比例尺地形图测量为研究对象，分析无人机在矿山地形图测量中的应用。

1 无人机在矿山地形图测量中的应用流程

无人机测量技术的发展是随着无人机技术、计算机技术、图像融合技术和数据处理等技术而发展起来的，早期阶段无人机测量技术以垂直航拍影像数据为主，即测绘航拍过程中仅能够获得垂直方向的航空影像数据，其测量精度相对较低；随着图像融合技术和数据处理技术的发展，逐步实现了无人机搭载多角度、多方位镜头的倾斜摄影测量，有效的减少了测绘过程中因为遮挡等问题而出现的“留白”问题，显著的提高了无人机测绘的精度[2]。无人机在矿山地形图测绘中的应用流程主要包括控制测量、倾斜影像获取及处理、空中三角加密、三维建模、数据采集以及外业补测和调绘等步骤（图1），完成后可根据矿山实际需求输出相应比例尺的地形图。

图1 无人机在矿山地形测量中的应用流程图

2 无人机在矿山地形测量中的应用

2.1 无人机概况及飞行参数确定

本文以某金属矿山的大比例尺地形图测量为例，其成果图件比例尺为1:2000。本次所选用的无人机型号为HO1600型，摄影相机为南方测绘倾斜数字航空摄影相机，将其搭载在无人机中，并配置1个垂直五棱镜头和4个倾斜五棱镜头以及其他定位系统等。飞行参数的确定应根据测绘区域的气候条件等确定，以选择晴朗无风或者微风条件，本次选择6～8月上午10点至下午2点。此外，由于矿山测绘范围仅有1.25km2，故本次仅划分为一个飞行区，设计飞行高度为320m，其航向重叠度和旁向重叠度均为65%～70%。由于本次测量采用倾斜测量技术，故本次能够获得5个方位的航空影像数据信息，显著的减少了影像数据中的“留白”，提高了测绘精度。

2.2 控制测量

控制测量是提高测量精度的前提，因此，像控点的测量是无人机倾斜航空测量中必不可少的环节[3]。控制点的测量应注意以下几点内容：①控制点的布设密度问题，像控点的布设密度应结合地形地貌特征而略微调整，如在地形地貌变化较小的区域其像控点密度适当抽稀布设，而在地形地貌复杂或者切割较大的区域，其像控点布设密度应适当加密；②像控点布设不仅要在测绘区域内部，而且在测绘区域外轮廓线外旁向大于100m的位置处，对提升整体测绘精度意义重大；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，能够显著的提高测绘精度；④像控点的布设应尽可能的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的避开较大水域区域，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，且容易保护的区域，便于作为校正点等。

2.3 空中三角加密测量

在完成航空影像数据预处理的基础上，应进行空中三角加密处理，这是由于倾斜航空测量技术虽然实现了多角度、多方位获取测绘区域实际面貌的技术难题，但是仍不可避免的因高大树木、建筑物等遮挡或地形切割严重而导致影像数据中存在大小不一的“留白”，使得局部区域的航空影像数据质量达不到预期精度要求，进而影响整体测绘精度。针对上述“留白”问题，可以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，能够有效地提高测绘精度。完成空中三角加密处理后，再经过影像数据的约束网平差等流程，进而根据实际需求生产相应的产品，如DEM、DOM和DSM等。

2.4 外业补测及调绘

关于无人机倾斜航空摄影测量过程中的“留白”问题，除上文提及的空中三角加密测量外，还可以通过外业补测以及调绘处理，能够有效地提升矿山地形图的精度。外业补测及调绘的操作流程主要包括：①在航拍影像数据中将需要补测或者调绘的区域标注出来，如有争议的图斑、大桥底部等区域；②采用传统的测量技术方法或者现代化联测技术，前者以全站仪为主，后者如RTK-GPS联测等；③对影像数据中不确定的区域或者复杂区域进行核查，若发现测量问题，则应及时补测。

2.5 地形图制作

在对矿山航空影像数据处理的基础上，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数字线划图[4]。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。

2.6 精度对比

为分析无人机倾斜航空摄影测量在矿山大比例尺地形图测绘中的精度，本文使用全站仪对各类控制点进行了测量，其结果与航空影像数据中获得的三维坐标进行对比（表1）。对比结果表明：平面位置中误差为±0.20m，中误差最大值为0.26m，高程位置中误差平均值为±0.080m，中误差最大值为±0.160m，误差符合1/2000矿山大比例尺地形图测量的精度需求。

表1 无人机倾斜航空摄影测与全站仪测量精度对比表 单位/m

3 结语

综上所述，无人机航测技术在矿山大比例尺地形图测量中具有明显的应用优势，不仅显著的提升了测绘效率，而且测绘减少了大量的外业工作量，获得的大比例尺地形图精度高，具有成图效率高的优势。通过本次实践表明，无人机倾斜摄影测量技术在1:2000地形图测绘中的精度完全满足实际需求，成果质量均满足国家相应标准，因此该技术具有广阔的应用前景，应大力推广使用。