无人机航测在现代矿山测绘中的运用

2018-01-25李明慧张世贝

中国锰业 2018年6期

李明慧，张世贝

(青海省有色地质矿产勘查院，青海西宁 810001)

近年来，我国的遥感技术发展情况极佳，在卫星遥感和大飞机遥感之后，发展出了一项新的在实践中发挥着重大作用的航空遥感技术——无人机航测遥感，这项遥感技术可应用到应急测绘的保障工作当中，也可以用于国土资源的监测以及比较重大的工程建设工作当中，提高了进行这些工作的效率问题[1]。无人机航测遥感技术可以适用到比较广泛的地形类型当中，同时可以将所监测到的影像实时传输到相应的计算机设备当中，在高危地区等人们不能灵活出入的地方也需要运用此项技术进行探测，兼具成本低和效率高的优点，灵活度也比较高，在复杂地形的探测工作中具有独特的优越性，在进行科研工作以及实际操作的过程当中，无人机航测技术发展成为一种应用比较广泛的航空遥感技术。

1 无人机航测技术基本理论

无人机航测遥感技术在上个世纪的二十年代就已经稍现雏形，在近些年来，人类的科学技术水平不断提高，在无人机的领域进行了更多的发展，使这项技术逐渐走入了人们的生产生活当中，且不断根据人们的需求将这项技术发展的更加完美，对其应用和职能范围的提升做出了巨大贡献。在实际应用当中，有一些需要测绘的区域比较小，飞行也比较困难，采用人机航测的方式比较容易发生事故，就需要采用具有高分辨率采相功能且获取速度比较快的无人机航测遥感技术。这主要是因为在当前阶段，无人机航测技术和数码技术均得到了较大的发展，在获取空间数据的过程当中发展前景一片光明[2]。

2 无人机航测的项目任务

在进行无人机航测的项目任务制定时，需要对所航测矿山区域的地形情况和区域内的海拔情况进行深入的了解，并结合这两项指标来进行航测方案的制定，选择准确度较高的航测技术和最佳的航测路线来展开工作，从而在尽可能短的时间内收集到最为准确的矿山区域测绘数据。这一点在对青海地区某矿山区域进行测绘时发挥了巨大的作用，通过对青海地区的地形情况和区域内的海拔情况进行了解，结合青海地形图和海拔分布制定了相应的航测方案，航测工作进行得十分顺利[3]。

在矿山区域进行开发施工的工作时，需要以无人机航测项目作为获取矿山区域测绘数据并根据所测的数据来拟定最佳施工方案的前提条件，无人机航测项目会对整个开发施工工程的操作方向形成绝对控制。

3 无人机航测的优点

在将无人机航测技术应用到矿山区域测绘的实践当中时，发现了无人机航测技术的许多优点，相对于传统的人机航测技术来说，无人机的适用范围更广，在进行影像传输的过程中所消耗的时间极短，甚至可以达到即时传输，节省了大量的时间资源和人力资源，是一种比较经济的航测方法，比较适合采用中比例尺来进行测绘工作。在此次研究当中发现，无人机航测的优势性条件主要可以体现为以下几点。

3.1 应急能力极佳

在利用无人机航测遥感技术进行矿山测绘的过程当中，其可以根据实践中所遇到的情况进行针对性的应急处理，对突发事件的处理工作比较到位，在起飞和降落时，所需要的场地面积比较小，节省了大量的时间、空间和经济成本。

3.2 作业时间短

在利用无人机航测遥感技术进行矿山测绘的过程当中，因无人机所飞行的高度在1 000 m以下，所以在进行测绘工作的过程当中，不需要向相关部门进行飞行申请，可以直接进入飞行状态，因减少申请环节，在一定程度上缩短了作业的时间。

3.3 收集数据准确度高

在利用无人机航测遥感技术进行矿山测绘的过程当中，无人机的工作条件要求比较宽松，飞行高度也比较低，这两种情况都可以加强其工作效果，在航测测绘的过程中采集到分辨率极高的影像数据资料，所得到的数据以两个比例尺来出现，分别是1∶1 000和1∶500，都比较大，提升了所收集数据的准确度。

3.4 操作简单便捷

在利用无人机航测遥感技术进行矿山测绘的过程当中，因为无人机不需要载操作人员，所以其较以前采用的航空摄影设备来说，在外形上比较轻巧，操作的过程中比较简单，在携带与运输设备时，也比较便捷。

4 无人机航测在矿山测绘中的运用

在青海某次无人机航测在矿山测绘运用过程中，首先必须要选择测区，全面分析海拔情况以及地形地物特征，接着要确定航拍的范围[3-4]。在确定起飞降落场地的过程中要依照相关比例尺飞空底图予以综合分析。在开展作业的过程中，无人机航摄组，必须要主动联系主管测绘部门，还要报告相关政府部门，必须要提前做好航测工作的报备和备案工作，方可实施下一步的操作。依照作业工作区的实际情况，对飞降场地进行确定。避免区域内有比较突出的障碍物以及一些高大的树木、无线设备，同时区域内无高空管线等设施。并且必须要有摄影区和起飞场地十千米的间隔距离，这样才能更好地确保安全监控。实施航摄的过程中，依照相关任务要求，对怎样获取其技术指标，达到完全覆盖的规划是非常重要的，现如今已经有比较完备的航摄规范能够予以参考。

此项目所选用的无人机系统的生产公司为武汉智能鸟公司，型号为KC1600电动型固定翼无人机，所搭载相机为SONYA7R，在进行航测的过程中根据地面控制系统所监测的各项指标对航线进行规划并对飞行的整个过程进行监控、对航摄系统也进行了控制。这种无人机系统的自动化程度相对较高，可靠性和安全性都比较好。KC1600无人机的主要技术参数：翼展1 640 mm，空机重3 kg。

飞行高度<6 000 m，抗风能力4级，起降方式为弹射/伞降，机长1 000 m，有效荷载0.5 kg，续航时间为45 min，巡航速度65 km/h，飞行距离60 km/架次。

因为无人机的遥感系统在荷载上受到一定的限制，需要使用非量测型的数码相机，这种相机内方位元素一般处于未知状态且存在不稳定现象，镜头畸变差，在进行外方位元素的计算中，精度较低，会对测绘时所得到的影像数据造成直接的影响。为了对测绘的成果精度进行保障，在进行作业之前，委托了专业的鉴定机构来对所选用的相机进行了检验。

4.1 起落点的确定

经过对任务区域进行实际调查，将距离矿山测绘点不远处的一处平坦的空旷地带设置为此次无人机起降点，周围不存在突出的障碍物。相较于别的区域，此处比较平坦，没有大的凹坑或者石头块，符合无人机进行安全起降的条件。

4.2 航线设计

在确定航线的过程中首先将测区范围1∶2 000数字地形图提前备好，通过无人机本身携带的软件，把地形图的相关数据导入进无人机的控制系统中。依照相关技术设计书的规定，其比例尺设计为1∶500，以150 m标准设计飞行高度，分辨率在5 cm，宽度900 m，航向重叠率为75%，旁向重叠率为70%。飞行区域通过测区地图进行规划。

4.3 布设像控点

此次飞行的方向为东西向，航线在南北方向上一共10条。测控区有4个D级GPS测控点，1级GPS测控点存在于其附近，同时存在一个EGPS测控点，以1.8 km为四等以上水准点平均间距。通过周围设置平高点的方式布置像控点。将平高点布设于飞行东西方向的各基线上，同时将平高点布设于飞行南北方向的间隔航线上，并将平高点布设于区域的中心。高程点布设于区域中各条基线上。航向以及旁向重叠区域内布设像控点，若该像控点无法公用于相邻航线时，应当进行分点布设。对像控点进行选择时，必须要无阴影的存在，避免对质量造成影响。将地标埋设与现场，通过RTK对三维坐标进行测量。对接近的基础控制点像控点应当将误差控制在0.2 m，高程误差也应当在0.2 m以下。通过GPS对像控点进行动态实时定位，通过RTK实施测量，为有效提升像控点的精准度，将基础控制点以及已获知的控制点进行均匀的分布，对像控点进行敷设，在测区5 km范围内设置流动站，确保0.03 cm的三围坐标精度，并进行3次重复测量。

5 数据处理要点以及措施

5.1 数据处理要点

第一，由于无人机通常飞行没有很高的高度，在相辐射上比较小，但却有很大的数据量，可以利用单机多核以及多机多核工作站进行数据处理，与计算机多核并行应用软件，有效的提升数据处理效果。第二，由于无人机飞行过程中存在非常复杂的情况，一般不可以对其数据进行直接准确地利用，在此，可以依照航线飞行信息假定一套数据，达到确定相片之间相对关系目的。

5.2 数据处理

第一，数据处理的准备工作。主要涉及双拼处理影像数据，整理和归档无人机的影像数据和航测数据，并对影响体具体问题进行分析，进而对飞行质量进行判断。将此项工作做好，能够更好地判断接下来数据处理的可能性，进而让相关人员决定是否需要进行数据补飞。第二，进行空三加密工作。通过现代航测全自动空三及无人机影像处理系统(广州遥感信息科技有限公司研发)进行空中三角测量。加密解算控制点的过程中依照该软件来进行，进而获得高质量的像对定向点；空三包括单像机影像区域以及双拼虚拟影像区域网平差，通过光束法区域网平差方法进行平差。

6 项目实施建议

在当前阶段，无人机的发展并不十分完善，其仍然处于研发的状态，所以在实践中采用无人机航测的方式来进行矿山测绘很有可能会遇到区域的基高比小且高程精度比较低的问题。在后续的航测工作当中，针对不同的矿山区域，应该对其地形条件和地势与海拔分布条件进行深入了解，并且根据这些指标来制定相应的方案。对一些在航测过程中需要对立体相对像覆盖进行扩大的矿山区域，在飞行控制时应该采用宽相对飞行模式进行，同时在镜头的选取上应该尽可能的选择短焦型的，对相机的CCD靶面也应该进行增大。在无人机航测技术的实际应用当中，应该对测绘数据的偏差来源进行分析总结，并且针对这种情况来进行后续的改进工作[5]。对无人机航测技术在矿山测绘工作中的优点和应用情况进行分析之后，可以发现，无人机航测比人机航测在矿山测绘中发挥的作用更大，较人机航测更加具有现实意义。