无人机摄影测量在矿山地形测量中的应用

（云南省有色地质局三一七队，云南 曲靖 655000）

随着计算机技术的快速发展与在各领域的广泛应用，电子科技产品方面创造了各种功能、各种形式、各类形态的“机器人”。无人机就属于其中的一种，随着物联网络的建设，无人机的应用范围正在日益扩展，除一般的用于航拍之外，它在工业产业领域的应用越来越受到重视。本次研究结合这种背景与无人机的发展情况，对主题进行阐述。

1 无人机摄影测量概述

无人机摄影测量作为一项依托于设备组合的技术融合，首先它实现了无人机技术与航空拍摄技术，并以此为基础，增加了测绘功能。它的工作原理相对容易理解，即是利用远程遥控操作，对摄影测量对象进行数据采集，并完成实时在线的传输。从无人机摄影测量作为设备的组合方面观察，它包括了高分辨率的相机设备，如CCD数码相机、光学相机等；还包括了红外线或激光扫描仪进行辅助性测量。在实际应用中，一般要求采用统一比例尺，按照当前常用的情况观察，在矿山测量中应用的比例尺通常包括1：1000、1：2000、1：5000。值得注意的是，以无人机摄影测量作为地形测量工作，在本质上属于信息与图像之间的转换，也是现实与虚拟场景的交互。因此，这种工作方式，也给实际的工作增添了无限乐趣。

2 无人机摄影测量技术与比较优势

2.1 无人机摄影测量技术

当前的无人机摄影测量方面纳入了很多技术，而且会根据不同的摄影测量项目，进行一些技术资源之间的优化配置。就目前广泛使用的无人机摄影测量技术而言，分为：①摄影测量对象锁定技术，主要是在选定区域内利用GPS定位系统进行范围限定；②全数字空中三角测量技术，可以将进行专业化的二维平面与三维立体图像测量；③像控点测量技术，其主要是进行同步数据解算，是作业效率的一个关键构成环节；还包括了空三加密技术、数字生成制作技术（如DLG生成制作、DOM生成制作），以及利用建模工具进行EPS三维测图系统建模等技术，现阶段一些相对复杂的测量领域也在应用实景三维模型OSGB生成建模等[1]。

2.2 无人机摄影测量比较优势

与传统摄影测量方式相比，无人机摄影测量的比较优势集中表现在六大方面。第一，在劳动强度方面，真正降低了劳动强度；如矿山地形测量中，传统时期的测量方式，牵涉到设备的运输、转移，监测点的变换，以及特殊情况的现场人力测量等；而使用无人机摄影测量不仅解决了此类问题，也极大地节约了野外作业时间。第二，在野外减少人力资源、工程作业量的基础上，大大提升了测量效率。第三，在作业中的灵活性更大，在形态方面它属于微型设备，在使用方面，它属于机动设备，对于客观环境的约束性有一定的适应性。第四，统一了各类技术，突出了多元功能，测量精度可以达到与实景完全匹配。第五，规避了诸多不可预测的测量风险，如事故风险。第六，降低成本的同时，能够在预设的任务中定向完成测量。

3 无人机摄影测量在矿山地形测量中的应用

3.1 工程概况

以云南省曲靖市宣威市某矿山工程项目为例，海拔1850m；为山地地形；地势相对平坦；测量范围内无大型障碍物。在前期勘察中需要按照工程项目设计方案先进行矿山地形测量。经测量方案比较后，认为运用无人机摄影测量可以更好的满足其测量需求。经讨论决定采用某型无人机开展矿山地形测量工作。要求如下：①采集全矿区数据信息；②绘制地形图；③比例尺为1：2000。

3.2 应用的基本流程

对无人机摄影测量技术的应用，需要根据工程项目，进行相关设备资源匹配，并进行标准范围内的数据参数设置；针对不同的地理环境条件，要进行一些技术选择；针对精度检测，应该满足无人机倾斜摄影的基本条件限定。为了使本次论述更为清晰具体，下面就结合某矿山地形测量工程项目的实际案例展开应用探讨。

（1）应用要求及标准设置。首先，根据矿山地形测量需求，对矿区一般情况进行全面而具体的调研，其中包括客观因素的摄影面积、周边环境、地形地貌、气候条件；主观因素方面的测量要求，如测量范围、测量比例、测量绘图等。然后，经过具体的意见交流与测量方案确定，决定采用华测P700E型无人机类型进行测量作业。其中的数据参数设置与设备配置及其它要求具体如下。①数据参数设置：有效荷载≤5kg；续航时间≥2.5h；巡航速度平均值=90km/h。②设备配置：3500万像素相机；镜头焦距35mm。③要求测量中以矿区设计方案规划的路线为准，确保地面分辨率=5cm；倾角≤5°；偏角≤15°。④无人机摄影拍摄任务完成后，影像效果标准要求满足清晰、均匀、饱满。

（2）像片控制测量。该矿山工程项目中的地形测量区域，山地地形特征突出，经分析选择区域网布设方案。具体是在主要航线方面，选取2条或以上平行线作为基础飞行线路；然后，根据拍摄测量需求进行平高控制点的分布设置，要求标准点位精准设置在每对像控点，间距标准要求在4条基线以内。另一方面，考虑到精度要求，为了从技术层面做到质量有效控制，采用强化加密像控点的方法。具体的操作限定在不规则区域内，针对凹角处进行高程点设置，针对凸角处进行平高点设置[2]。需要说明的是，此次作业中，对高程控制点的平面左边进行了精准测量，其目的旨在为加密控制点的质量提供安全保障。

（3）全数字空中三角测量。在无人机摄影测量的高空作业中，一般都采用“三角定位”，也就是利用三角测量方法，确定数据的真值，一般要求匹配的采用带有影像拍摄及自动化处理功能的软件，本次所选的3500万像素相机中匹配的软件为Pix4D。它比较的优势集中在三角测量应用时，航拍数据转换速度快、专业化处理程度高、无需人工干预即可进行数量级较大的影像高速处理；尤其是在二维地图绘制与三维模型建模方面，满足了专业化使用要求，精准化标准输出。在该矿山地形测量作业中，体现了针对原始影像的自动校准功能。

（4）数据采集。本次无人机摄影测量在该矿山地形测量中的数据采集，主要选择了MapMatrix系统，它的主要特点是全数字摄影测量；其属性具备数据采集的自动化处理功能；其中的数据采编入库、数据处理，都非常精准。在该系统的使用中，最主要的部分是完成并建立立体模型，并利用数字线划图与数字正射影像技术，实现DLG与DOM数字影像生成制作。

（6）精度检测。为了确保在精度检测方面的精准性，先将传统方法-低空遥感矿山地形数字化测量技术，与改进方法-无人摄影测量技术进行了精度对比，本文参考了“无人机倾斜摄影测量技术”研究方面的相关实验对比成果[3]，并对其数据进行了录入校验，结果表明在传统方法中，使用遥感测量的精度，没有现阶段所使用的无人机倾斜摄影测量精度高。而本次研究所采用的倾角与偏角设置均符合倾斜摄影测量的基本要求。比较效果如下图1所示。

根据矿山地形测量工程应用的相关规范，结合本次所选的比例尺，实地测量的数据均符合CH/9008.1-2010版本，《基础地理信息数字成果1:500、1:1000、1:2000数字线划图》的规范要求。其中根据软件对地形图进行绘制（1：2000），其图像如下图2所示。

图1 遥感测绘精度与无人机摄影测量精度对比

图2 矿区地形图局部（1：2000）

（6）成果提交。在完成精度检测后，对本次无人机摄影测量结果进行全面的复审，并组织讨论组分析其结果，确定对该矿山全景测量中，数据精准、影像完整、绘图符合设计方案要求的基础上，经过质量审核与验收，写定综合性评估报告，一并提交矿山地形测量管理相关部门。

4 结束语

总而言之，在应用领域，无人机有其独特的测量优势。而在它的使用方面，也显示了独特的功能属性与价值属性。通过以上分析可以认识到，无人机摄影测量在矿山地形测量中的应用，不仅能够有效的节约成本，还可以通过信息的转化，形成对矿山地形的在线模拟，相对于传统的测绘，它的效率更高，地形绘制速度更快；从远景观察，它的应用与当前我国“中国制造2025”的目标相一致，有利于推动物联网的进一步构建。