淺析無人機(jī)在南溫河鎢礦區(qū)探礦中的應(yīng)用

　　0 前 言

　　無人機(jī)測繪使用成本低、反應(yīng)速度快、易于移動轉(zhuǎn)場，對復(fù)雜的野外測繪環(huán)境有很好的適應(yīng)力，不僅可以完成傳統(tǒng)飛機(jī)的航攝任務(wù)，而且可以進(jìn)入傳統(tǒng)手段無法覆蓋到的領(lǐng)域， 很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測繪數(shù)據(jù)獲取手段的缺陷。它機(jī)身小巧、 結(jié)構(gòu)簡單，地面站規(guī)劃航線自主飛行拍攝，可靈活應(yīng)對整個航攝工作。基于此，筆者以南溫河鎢礦區(qū)探礦權(quán) 1 ∶ 2 000 地形圖測量為例，就無人機(jī)如何在其中有效應(yīng)用進(jìn)行分析。

　　此次所進(jìn)行的南溫河鎢礦區(qū)探礦權(quán)地形圖測量，以 1∶ 2 000 比例為準(zhǔn)利用無人機(jī)進(jìn)行航測數(shù)字化地形圖。為了保證無人航空攝影測量符合 GB / T 7931 - 2008《1∶ 500、1∶ 1 000、1

　　∶ 2 000 地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》的要求，首先對該測區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行分析，明確無人機(jī)測量范圍和測量內(nèi)容; 其次根據(jù)確定的測區(qū)范圍( 探礦權(quán)界) 和測區(qū)地形的特殊性( 90% 的山地和丘陵地) 適當(dāng)外擴(kuò)飛行范圍，以保證飛行的完整性; 最后規(guī)劃飛行航線、選定日期、進(jìn)行外業(yè)航攝工作。

　　1 無人機(jī)在該地形圖測量中的具體應(yīng)用

　　1. 1 測區(qū)概況

　　測區(qū)位于云南省文山州麻栗坡縣( 北緯 22°56. 5' ～ 22° 59. 2'，東經(jīng) 104° 39. 8' ～ 104° 42. 1') ，探礦權(quán)面積約 11. 78

　　km 2 ，區(qū)域海拔為 900 ～ 2 300 m，地形坡度 15° ～ 25°，測區(qū)內(nèi)農(nóng)村居民地較為集中，人工建筑物較少，農(nóng)田、山地成片相連，樹林密集無規(guī)則，地貌切割深度較大，地形測量困難類別為Ⅳ、Ⅴ級之間，天晴時陽光充足，紫外線較強(qiáng)，對測量人員的皮膚有傷害，霧大，全年霧天約有 5 個月之久，6 ～ 9 月的天氣有利于開展測量工作，但是也伴隨著雨季，天氣變化無常， 測量條件惡劣，開展工作難度大。測區(qū)有公路通達(dá)主要居民地，上山僅有較少的騾馬小道，通視困難，開展工作難度大。

　　1. 2 技術(shù)路線

　　對測區(qū)范圍內(nèi)的地物、地貌采用內(nèi)、外業(yè)結(jié)合的方法進(jìn)行攝影測量法成圖。先根據(jù)測區(qū)無人機(jī)拍攝的的航空影像 資料進(jìn)行外業(yè)像控測量，再利用數(shù)字航片，在 Virtuozo 數(shù)字?jǐn)z 影測量系統(tǒng)上采用光束法區(qū)域網(wǎng)空三加密對外業(yè)像控成果 進(jìn)行加密，建立測區(qū)各模型的立體像對，進(jìn)行全要素數(shù)字地 形圖測繪; 測圖采集時，根據(jù)圖幅位置引入恢復(fù)相應(yīng)的模型， 并對各類地物要素進(jìn)行采集，利用相關(guān)軟件進(jìn)行編輯、檢查、 生成初步數(shù)字化地形圖。為生成全要素數(shù)字化地形圖，需要 在其基礎(chǔ)上派外業(yè)人員到實(shí)地進(jìn)行調(diào)繪。重點(diǎn)需要將地名、 房屋的層數(shù)、線狀地物、點(diǎn)狀地物、植被等調(diào)繪到圖上并對新 增地物進(jìn)行補(bǔ)測; 最后根據(jù)調(diào)繪成果進(jìn)行內(nèi)業(yè)編輯。

　　1. 3 航空攝影

　　采用 Quickeye ( 快眼) II 型無人機(jī)搭載尼康 D800 ( 35 mm) 數(shù)碼航攝儀進(jìn)行攝影作業(yè)，又布置大量的地面控制點(diǎn)， 然后對航飛數(shù)據(jù)通過區(qū)域網(wǎng)空中三角測量的自檢法來計算全部系統(tǒng)誤差根源對像點(diǎn)位置坐標(biāo)的綜合改正，從而確定內(nèi)方位元素和物鏡的光學(xué)畸變值，實(shí)現(xiàn)相機(jī)的高精度標(biāo)定; 由于天氣等原因，實(shí)際飛行 4 個架次完成此次航拍作業(yè)任務(wù)， 獲取有效原始影像 1 539 張。

　　1. 4 像控測量

　　1. 4. 1 像控點(diǎn)的布設(shè)

　　探礦權(quán)區(qū)域平高點(diǎn)按區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)，每條航線 5 條基線布設(shè)一對平高點(diǎn)，點(diǎn)位左右偏差不偏離一條基線。共布設(shè) 78 個平高點(diǎn)，滿足 GB / T 7931 - 2008《1 ∶ 500、1 ∶ 1 000、1 ∶ 2 000 地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》的要求。探礦權(quán)區(qū)域的像控 點(diǎn)合并布設(shè)，分 5 個區(qū)域布設(shè)，分布見圖 1。

                                    a 區(qū)域一                                                                                                     b 區(qū)域二

                                  c 區(qū)域三                                                                                                      d 區(qū)域四

                                                                            e 區(qū)域5

圖1 區(qū)域布設(shè)分布

　　1. 4. 2 像控點(diǎn)的判刺及整飾

　　該項目為無人機(jī)航飛數(shù)據(jù)，得到的像片像幅較小，像控 所用到的像片數(shù)量多。只進(jìn)行了用于內(nèi)業(yè)加密判讀使用的 電子資料整理，未進(jìn)行像片整飾。外業(yè)利用打印出來的像片 鑲崁圖選測像控點(diǎn)，不刺點(diǎn)，在圖上對點(diǎn)位作標(biāo)識，現(xiàn)場做點(diǎn) 之記用文字和略圖來說明點(diǎn)位位置，并對點(diǎn)位進(jìn)行了實(shí)景拍攝。

　　1. 4. 3 像控點(diǎn)的聯(lián)測

　　像控點(diǎn)聯(lián)測以本次在測區(qū)布設(shè)的 的 D、E 級GPS 控制點(diǎn)為起算，采用 GNSS RTK 作業(yè)方式方法，采用重復(fù) 3 次觀測的方法進(jìn)行測量，3 次結(jié)果均為固定解，取用其平均值作為最終結(jié)果。

　　1. 5 空三加密

　　空三加密采用 DPGrid 軟件完成，平差運(yùn)用了光束法平差。空三加密經(jīng)過像點(diǎn)連接、平高點(diǎn)量測、平差計算等過程。 外業(yè)平高點(diǎn)文件和相機(jī)文件輸入無誤后開始量測外控點(diǎn)，外 控點(diǎn)的量測由專業(yè)人員進(jìn)行，并由另外一位專業(yè)人員檢查。 量測完后進(jìn)行最終的平差解算，首先將物方標(biāo)準(zhǔn)方差權(quán)減 小，進(jìn)行粗差的消除，然后逐步提高物方權(quán)重，確保粗差被全 部探測出來，最后設(shè)定合適的權(quán)值平差，輸出空三結(jié)果。探 礦權(quán)區(qū)域共分 4 個空三加密區(qū)。空三加密操作流程如圖 2 所示。

圖2 空三加密操作流程

　　本測區(qū)在空三加密后經(jīng)過外業(yè)調(diào)繪與補(bǔ)測、DLG 數(shù)據(jù)生產(chǎn)、DLG 數(shù)據(jù)編輯達(dá)到了質(zhì)量檢查的標(biāo)準(zhǔn)。

　　1. 6 成果質(zhì)量檢查

　　1. 6. 1 數(shù)據(jù)源的質(zhì)量檢查

　　航片最小航向重疊度 > 65% ; 最小旁向重疊度 > 35% ; 像片傾角 < 5°; 像片旋偏角 < 5°; 絕對航高差 < 30 m 。影像較為清晰、色彩適中，符合規(guī)范要求，相機(jī)文件齊全，控制點(diǎn) 數(shù)據(jù)完整、加密成果準(zhǔn)確無誤。

　　1. 6. 2 像控點(diǎn)檢查

　　像控點(diǎn)分 5 個區(qū)域，按區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)方法布設(shè)，基線跨度符合航向和旁向的基線跨度要求，點(diǎn)位在像片上的位置符合 規(guī)范要求。像控點(diǎn)成果采集，運(yùn)用 GNSS - RTK 測量方法，采用重復(fù)觀測取平均值法，操作符合 CH / T 2009 - 2010《全球定位系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)測量( RTK) 技術(shù)規(guī)范》要求，最終成果精度可靠，滿足規(guī)范要求。

　　1. 6. 3 空三加密檢查

　　空三加密的方法正確，流程清晰，內(nèi)業(yè)主要檢查定向精度與接邊差的限差是否符合規(guī)定要求。

　　根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)測算出定向點(diǎn)的中誤差及最大誤差，連接 點(diǎn)的中誤差及最大誤差，參照 CH / Z 3003 - 2010《低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》，再加上計算出的平差結(jié)果來綜合 分析出在此礦區(qū)測繪中無人機(jī)飛行器的行高，對立體影像結(jié) 果的精度加以檢驗，將其結(jié)果比對要滿足 1 ∶ 2 000 的地形圖測圖標(biāo)準(zhǔn)要求。無人機(jī)航測在本測區(qū)的應(yīng)用完全符合所要 求的測量精度。

　　2 無人機(jī)在該項目應(yīng)用中的優(yōu)勢

　　使用無人機(jī)能夠在空中通過遙感進(jìn)行控制，并結(jié)合計算機(jī)技術(shù)和圖像攝影技術(shù)，順利完成此項目的地形測量任務(wù)， 且無人機(jī)不需要測繪人員在飛機(jī)上工作，使得該測量工作更為安全可靠。

　　因為無人機(jī)體型小，升空時間短，不需要專用的升降氣 跑場地就可以升空正常運(yùn)行，且按照事先制定好的飛行線路 自動飛行。因無人機(jī)的機(jī)動性、靈活性和穩(wěn)定性，很好地解 決了該測區(qū)地形復(fù)雜、交通不便的難題，順利獲取了遙感 數(shù)據(jù)。

　　運(yùn)用高分辨率多角度的影像進(jìn)行測量。無人機(jī)內(nèi)自動 搭載了高精度數(shù)碼成像設(shè)備，可以對傾斜、垂直和水平等各 個方向進(jìn)行攝影成像，從而順利解決了該測區(qū)通視困難的問 題，獲取了有效的測量數(shù)據(jù)。

　　此測區(qū)位于中越邊界，若使用傳統(tǒng)的大飛機(jī)航攝，飛機(jī) 租賃、機(jī)場管理、空域申請等流程過于復(fù)雜，對云層分布的要 求也相對較高。而無人機(jī)的飛行標(biāo)準(zhǔn)一般控制在為 1 km 以下，在工作過程中可以不申請空域，直接飛行有助于減少作 業(yè)周期，因此，該項目在時間緊、任務(wù)重的情況下，采用無人 機(jī)測量技術(shù)大大縮短了工期，使得該項目按期完成。

　　3 結(jié)束語

　　綜上所述，在南溫河鎢礦區(qū)探礦權(quán) 1 ∶ 2 000 地形圖測量中采用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)，可以減少大量的人力物 力，拍攝出來的影像真實(shí)、客觀、準(zhǔn)確。采用無人機(jī)航空攝影 測量，使得本次的項目工期縮短、成本降低，且獲取的影像數(shù) 據(jù)準(zhǔn)確、無誤，可以應(yīng)用到此項目中。實(shí)踐表明，在地形較為 復(fù)雜的礦山地形測量中采用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)，協(xié)助 完成了人工無法完成的測繪工作，且大大地節(jié)省了測繪人員 野外測繪的工作量，取得了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益，是值得推廣和應(yīng)用的。