无人机航测系统在地质测绘中的应用研究

2018-03-24

世界有色金属 2018年1期

（广西壮族自治区桂林水文工程地质勘察院，广西桂林 541002）

带状地形图的成图方法有很多，现阶段常用的测图方法有全野外数字测图和航摄数字化测图。全野外数字化测图在野外用全站仪、RTK等按照测图范围采集数据，这种测图方法测量需要投入大量人力、物力，并且在地形破碎、地势险要的地区难以测量。传统航空测量发展较成熟，应用范围十分广泛，但该技术对自然条件和机场条件的依赖性大，成本较高，从而限制了传统数字摄影测量技术在带状地形测量中的应用。

近年来，低空无人机（UAV，Unmanned Aerial Vehicle）技术得到了飞速发展，基于无人机平台的航空摄影技术显现出很强的优势。无人机低空航测技术具有使用成本低、结构简单、操作方便和转场容易等显著优势，且适用于危险区域测绘和快速监测等应急测绘方面。采用无人机平台获取的影像具有清晰度高、分辨率高、比例尺大和现势性强等优点。无人机低空航测技术成为近年来航拍影像、地质测绘图获取的重要技术途径。本文以无人机摄影测量系统在地质图测绘中的应用为例，来展现无人机航测过程中的技术特点。人驾驶飞行器、GPS定位导航、摄影传感器。无人机优点是成本比较小、高机动性、专业化、小型等。而无人机在进行飞行过程中需要由一些辅助设施，主要包含：操作系统、地面站、远程通信装置、无人机飞行平台、信息处理系统等。整个系统特点有飞行准备时间较短、方便操作、作业灵活、容易获取信息、得到精度较高影像。

1 无人机航测系统简介

无人机航测系统是由很多设备组成的,它主要包含:无

2 地质图测量工作特点

地质测量主要指的是测绘地形图的作业过程，可概括为对地球表面的地物、地形在水平面上投影的位置和高程进行测量，并按照一定的比例进行缩小，用注记绘制的地形图工作。

采用无人机航空摄影测量，测区具体位于东经110°35′36″～110°40′44″，北纬25°20′48″～25°36′26″。整条线路属丘陵地形测区,海拔为217～285m。

测区内交通一般。整条线路地形复杂，隐蔽地形和一般地形都有分布，地物较多。部分地区树林密集，地物杂乱无章，沿线道路交通良好，通视情况一般。

本项目如果使用全站仪、RTK等方式测量存在较大困难。

测区范围内地质状况复杂，河两岸灌木林较多，这些因素给测量人员施测带来较大困难。再结合该项目工期较短的情况，且该项目地形图主要用于设计线路用，决定采用无人机航拍方式来实施本项目。

3 无人机航测技术在地质测绘中的工作流程

随着科学技术不断发展，地质测量技术也在不断的更新，传统的测量方式已经不适合所有地区的地质测量，而无人机航测技术的出现，不但解决了复杂地形区域的测量困难，而且为测量工作人员带来极大便利条件，无人机航测生产技术流程由接受任务开始，经测区踏勘、技术参数设计、像控点布设与测量、航摄实施、内业空三加密、内业数据采集、资料整理五大阶段，可分为14个步骤如图1所示。

图1 无人机航测技术的作业流程

表1 无人机技术参数

表2 航拍技术参数

4 控制点测量

本次项目采用先测设像控点再实施航空摄影。控制点由业主提供的1980西安坐标系成果。该成果覆盖了整个测区，可作为本项目像片控制测量的起算和检核数据。本测区像控点的布设采用全野外布点法，像控点布设在航向及旁向重叠范围内，使布设的像控点尽量公用。如不能满足公用要求时，则采取分别布点的方法，保证不产生漏洞。测区像控点测量直接利用广西省连续运行基准站系统(GXCORS)进行。网络RTK的平面精度优于2cm，结合高精度似大地水准面成果，高程精度优于3cm，已广泛应用于勘察、测绘、规划和土地管理等多个行业。该方法不仅使得像片控制点的测量精度较高，还大大提高了测量作业效率。预先把像控点的位置导入手机奥维互动底图，该应用软件使用谷歌卫星图，能快速精确定位到设计像控点点位，且依据实际路线来合理规划测设像控点的路线，提高效率。为检查像控点测量精度，随机抽取19个像控点进行检测，通过对比计算得出像控点的平面中误差为±0.025m，高程中误差为±0.035m，满足设计及规范的要求。根据航迹线设计像控点分布，一共设置75个像控点，同时在地面上进行凃绘100cm十字形标志,图2为航拍的像控点。

图2 无人机地质测绘图

5 数据处理与结果分析

5.1 影像质量检查

无人机航摄作业结束后，作业人员首先依据飞行获得的POS和影像数据对飞行和影像质量进行检查。飞行质量检查主要包括影像重叠度、像片倾角和旋角、航线弯曲度和航高变化,以及拍摄区边界覆盖是否足够，即航拍范围是否满足任务要求。影像质量检查主要包括以下几个方面：影像的清晰度、层次、反差、色调，判断能否辨认出与地面分辨率相适应的细小地物，并能建立精确的立体模型，还有影像是否存在阴影、大面积反光、污点等明显缺陷，是否影响立体模型的建立和连接，再者考虑无人机地速的影响，计算在曝光瞬间造成的像点位移是否满足规范要求。以上检查内容若不满足内业规范和作业任务要求，则根据实际情况拟定重飞或局部区域补飞的飞行计划。

5.2 空三加密与测图

本项目内业采用PIX4D进行。空三加密时需要注意的是整个作业过程中确保相机参数、测区信息和控制点的大地坐标准确无误，相对定向、绝对定向较差必须符合规范和设计的规定。并且，绝对定向后，平面位置与高程限差符合规范要求。内业矢量测图在全数字摄影测量系统上进行立体数据采集，数据采集时使用统一的符号库和线型库。数据按照内业定位、外业定性的原则进行采集，地貌按照立体模型进行采集。数据采集完成后就要对数据的完整性、正确性进行仔细检查，确保无缺失、无移位。最后使用南方CASS软件将矢量地形图转换为设计方需要的格式地形图。外业调绘采用影像调绘和线划图调绘两种作业方法，调绘的影像数据采用自空三自动匹配点粗纠正成数字正射影像图(DOM)，并分块按照1∶1000比例尺打印；线划图调绘采用采集成果数据回放图进行，作为外业调绘的底图。外业调绘过程中首先要注意新增地物、地貌要素及地类界、范围线，对有树木遮挡的地物外业采用几何法、交会法和截距法等以明显地物点为起始点进行补量；再者，对分布在测区内的各级公路的名称、等级、宽度、路面类型和道路构造物如桥涵等均按实地位置进行调绘。

5.3 结果与精度分析

图3 随机抽取地质图

本项目共飞行3个架次，实际测绘长度40km。涉及1：1000图幅102幅。为检查成果的可靠性，在测区随机抽取10幅成图采集了90个明显的地物点、110个地形点进行精度统计，如图3所示：结果证明，根据1：1000地形图精度要求，该项目抽检的10幅数字线划地图（DLG）平地部分的平面位置中误差和高程中误差完全满足设计要求。