淺析無人機在南溫河鎢礦區(qū)探礦中的應用

　0 前 言

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

　　此次所進行的南溫河鎢礦區(qū)探礦權地形圖測量，以 1∶ 2 000 比例為準利用無人機進行航測數(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)實際情況進行分析，明確無人機測量范圍和測量內容; 其次根據(jù)確定的測區(qū)范圍( 探礦權界) 和測區(qū)地形的特殊性( 90% 的山地和丘陵地) 適當外擴飛行范圍，以保證飛行的完整性; 最后規(guī)劃飛行航線、選定日期、進行外業(yè)航攝工作。

　　1 無人機在該地形圖測量中的具體應用

　　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 104° 39. 8' ～ 104° 42. 1') ，探礦權面積約 11. 78

　　km 2 ，區(qū)域海拔為 900 ～ 2 300 m，地形坡度 15° ～ 25°，測區(qū)內農村居民地較為集中，人工建筑物較少，農田、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，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 技術路線

　　對測區(qū)范圍內的地物、地貌采用內、外業(yè)結合的方法進行攝影測量法成圖。先根據(jù)測區(qū)無人機拍攝的的航空影像 資料進行外業(yè)像控測量，再利用數(shù)字航片，在 Virtuozo 數(shù)字攝 影測量系統(tǒng)上采用光束法區(qū)域網空三加密對外業(yè)像控成果 進行加密，建立測區(qū)各模型的立體像對，進行全要素數(shù)字地 形圖測繪; 測圖采集時，根據(jù)圖幅位置引入恢復相應的模型， 并對各類地物要素進行采集，利用相關軟件進行編輯、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 在其基礎上派外業(yè)人員到實地進行調繪。重點需要將地名、 房屋的層數(shù)、線狀地物、點狀地物、植被等調繪到圖上并對新 增地物進行補測; 最后根據(jù)調繪成果進行內業(yè)編輯。

　　1. 3 航空攝影

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

　　1. 4 像控測量

　　1. 4. 1 像控點的布設

　　探礦權區(qū)域平高點按區(qū)域網布點，每條航線 5 條基線布設一對平高點，點位左右偏差不偏離一條基線。共布設 78 個平高點，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。探礦權區(qū)域的像控 點合并布設，分 5 個區(qū)域布設，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)域布設分布

　　1. 4. 2 像控點的判刺及整飾

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

　　1. 4. 3 像控點的聯(lián)測

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

　　1. 5 空三加密

　　空三加密采用 DPGrid 軟件完成，平差運用了光束法平差。空三加密經過像點連接、平高點量測、平差計算等過程。 外業(yè)平高點文件和相機文件輸入無誤后開始量測外控點，外 控點的量測由專業(yè)人員進行，并由另外一位專業(yè)人員檢查。 量測完后進行最終的平差解算，首先將物方標準方差權減 小，進行粗差的消除，然后逐步提高物方權重，確保粗差被全 部探測出來，最后設定合適的權值平差，輸出空三結果。探 礦權區(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)在空三加密后經過外業(yè)調繪與補測、DLG 數(shù)據(jù)生產、DLG 數(shù)據(jù)編輯達到了質量檢查的標準。

　　1. 6 成果質量檢查

　　1. 6. 1 數(shù)據(jù)源的質量檢查

　　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，相機文件齊全，控制點 數(shù)據(jù)完整、加密成果準確無誤。

　　1. 6. 2 像控點檢查

　　像控點分 5 個區(qū)域，按區(qū)域網布點方法布設，基線跨度符合航向和旁向的基線跨度要求，點位在像片上的位置符合 規(guī)范要求。像控點成果采集，運用 GNSS - RTK 測量方法，采用重復觀測取平均值法，操作符合 CH / T 2009 - 2010《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量( RTK) 技術規(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)相應數(shù)據(jù)測算出定向點的中誤差及最大誤差，連接 點的中誤差及最大誤差，參照 CH / Z 3003 - 2010《低空數(shù)字航空攝影測量內業(yè)規(guī)范》，再加上計算出的平差結果來綜合 分析出在此礦區(qū)測繪中無人機飛行器的行高，對立體影像結 果的精度加以檢驗，將其結果比對要滿足 1 ∶ 2 000 的地形圖測圖標準要求。無人機航測在本測區(qū)的應用完全符合所要 求的測量精度。

　　2 無人機在該項目應用中的優(yōu)勢

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

　　因為無人機體型小，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行，且按照事先制定好的飛行線路 自動飛行。因無人機的機動性、靈活性和穩(wěn)定性，很好地解 決了該測區(qū)地形復雜、交通不便的難題，順利獲取了遙感 數(shù)據(jù)。

　　運用高分辨率多角度的影像進行測量。無人機內自動 搭載了高精度數(shù)碼成像設備，可以對傾斜、垂直和水平等各 個方向進行攝影成像，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)的大飛機航攝，飛機 租賃、機場管理、空域申請等流程過于復雜，對云層分布的要 求也相對較高。而無人機的飛行標準一般控制在為 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、任務重的情況下，采用無人 機測量技術大大縮短了工期，使得該項目按期完成。

　　3 結束語

　　綜上所述，在南溫河鎢礦區(qū)探礦權 1 ∶ 2 000 地形圖測量中采用無人機航空攝影測量技術，可以減少大量的人力物 力，拍攝出來的影像真實、客觀、準確。采用無人機航空攝影 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)準確、無誤，可以應用到此項目中。實踐表明，在地形較為 復雜的礦山地形測量中采用無人機航空攝影測量技術，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濟效益，是值得推廣和應用的。