无人机低空摄影测量在地质测绘保障中的应用

张培洋，朱美嘉

（河南省新乡市规划设计研究院，河南 新乡 453000）

随着GPS动态定位技术、图像融合技术以及数据处理等技术的快速发展，现代化先进的测绘技术快速发展，如无人机低空摄影测量技术等[1]。与传统的测绘技术相比，无人机低空摄影测量技术显著的减少了大量的外业测绘工作量，降低了成本，提高了精度。随着无人机低空摄影技术的快速发展，不再局限于航空拍摄等领域，而是广泛的应用于矿山测绘、城市测绘、工程测绘等领域[2]。因此，本文以无人机低空摄影测量技术为研究对象，分析其在地质测绘保障中的应用。

1 简化了地质测绘流程

无人机航空测绘技术发展历程较长，早期阶段的无人机低空摄影测量技术是无人机搭载遥感仪器在测绘区域上空按照设定的行高、旁向重叠度、航向重叠度等进行拍摄，获取测绘区域的航拍影像资料，测绘过程中主要流程包括：测绘范围确定及飞行计划编制→地面踏勘及控制测量布设→确定起飞时段、起飞时间以及起飞机场等→按照行高、旁向和航向重叠度等参数获取航拍影像数据资料→GPSIMU数据获取→数据存储、传输→数据处理。综上所述，早期阶段在获取测绘数据过程中耗时多，无法满足地质测绘保障应急需求。现阶段的无人机低空摄影测量技术实现了航拍影像数据与无人机搭载的定位系统实时动态存储的POS数据以及相机参数之间的预处理，将预处理结果与地面实时融合是确保无人机数据传输稳定的基础。此外，数据预处理过程中可以实现不同数据源的拼接，对航拍过程中因无人机颠簸等造成的影像数据畸形校正等有明显的优势，并且无人机低空摄影测量技术能够获得更高的测绘精度，经过空中三角加密测量后可获得高精度的地形图，其主要流程见图1。

图1 无人机低空摄影测量技术外业流程示意图

2 高精度三维数字模型建设

三维数字模型建设是现代化测绘技术的重要组成部分，也是建设现代化三维矿山、智慧矿山的基础。三维数字模型是将无人机低空摄影测量拍摄的影像数据进行预处理、空中三角加密测量后的数据进行三维模拟，以三维立体的方式获取测绘区域的真实地形地貌，进而提高测绘成果资料的精度。传统的航空拍摄测量技术、地面摄影测量技术等由于技术不成熟，导致在拍摄过程中出现较多的“留白”问题，测绘“留白”区域的精度无法满足正常测绘精度要求，因此，对最终的测绘结果影响较大。为了有效的防止在测绘过程中出现较多的测绘“留白”问题，在使用无人机低空摄影测量过程中结合获取的数据信息建立三维数字模型，全面分析测绘区域的基本现状，对存在漏洞的测绘区域及时掌握，并采用其他辅助的测绘技术方法及仪器进行补测或者调绘。此外，无人机低空摄影测量技术操作简单，对操作技术要求较低，能够确保操作人员更好的展开测量工作，也意味对地质测绘保障奠定了坚实的基础。在完成三维数字模型建设以及补测等基础上，生产DOM、DEM、DSM等产品，进而生产出精度更加稳定、可靠的地形图。

3 影像数据处理方面

遥感测绘技术是以卫星高空拍摄的方式获取地表信息的技术方法，即在影像数据获取过程中主要借助卫星技术实现，因此在卫星数据拍摄过程中容易出现卫星运行角度等问题造成影像中存在较多的遮挡、不清晰等问题，进而降低影像资料的分辨率，对获取高精度的地形图数据造成较大困难；由于卫星距离地表距离较远，在获取卫星影像资料过程中对操作人员技术技能要求较高，若略有偏差，则对测绘成果造成不可估量的损失。传统的直升机测量技术是以垂直摄影为主，即在航空拍摄过程中仅能获取垂直方向的影像资料，这些影像资料中因垂直拍摄、树木和建筑物等遮挡造成影像资料中存在较多的“空白区”，对整体测绘精度影响较大。此外，直升机测量技术需要配置的设备操作人员较多，使得飞机搭载过重，进而影响飞机飞行的稳定性，造成获取的数据出现倾斜、偏移等问题，即使在后期数据处理工作中可以进行数据校正，但是工作量较大影响了地质测绘保障需求。

综上所述，无论是卫星测绘还是传统的直升机测量技术，均无法满足高精度的地质测绘保障需求。无人机低空摄影测量技术解决了卫星距离测绘区域较远的问题，也解决了直升机测量仅能获取垂直方向影像资料的问题，实现了在较低的飞行行高下获取不同方位的影像数据，即实现了多视角、多方位拍摄的技术难题和数据处理难题。在无人机中搭载多个五棱镜头，一般包括1个垂直摄影镜头和4个倾斜摄影镜头，在拍摄过程中可获得垂直影像数据和4个不同方位的倾斜影像数据，再结合POS数据中包含的方位元素进行预测计算，通过两种不同的数据处理方式对影像数据校正，所获得的最终影像数据中的摄影“留白”问题明显改善，对于影像数据中存在的少量摄影“留白”可以通过空中三角加密处理，经过数据计算消除影响，进而生产出的地形图等精度完全满足相应比例尺地形图的要求，为快速获取高精度的地形图等提供了可能，即能够满足地质测绘保障的基本需求。

4 结语

综上所述，无人机低空摄影测量技术在现代化地质测绘保障中的应用越来越广泛，对促进三维矿山建设具有积极意义。与传统的测绘技术以及遥感测绘技术、直升机测绘技术等相比较，无人机低空摄影测量技术实现了多方位、多角度拍摄影像的难关，也攻克了不同数据模型下数据运算的难题，使得获取的影像数据中的“留白”问题得到明显改善，提高了测绘精度，保障了地质测绘的基本需求。