无人机测量技术在四台矿矸石山地形测绘中的应用

郭孟超

（晋能控股集团设计研究有限责任公司，山西 大同 037000）

1 无人机测量原理

无人机摄影测量是在无人机上搭载高清摄影机，通过遥控器或者GPS 模块控制无人机飞行，飞行过程中通过高清摄影机对地面物体进行拍摄记录，然后对拍摄的影像进行内业处理，从而得到测区的测量真实数据。

2 无人机测量的特点

无人机测量灵活机动，可获取比卫星遥感和普通航摄分辨率更高的影像，且相对操作简便，成本较低，将测绘生产从人力密集型逐步向计算密集型过渡，提高了工作效率，减轻了测绘外业工作的强度。

3 实例应用

晋能控股集团四台矿是我国首座设计能力为500 万t/a 的特大型现代化矿井，该矿矸石场地从2010 年开始使用，根据计划需在防灭火治理的基础上进行生态恢复。由于本场地地形发生了极大变化，原有地形图已不能满足本项目需求，因此决定重新绘制该区域地形图。该矸石场地为南高北低走向的荒沟，末端作为矸石堆放场，场地长约1.3 km，宽约0.2 km，为不规则形状，区内共有大型荒沟1 条，为“V”字形沟谷。由于山体植被以草本和灌木为主，采用传统测量技术存在极大困难，且人员消耗多，工作效率低，不能很好地适应本次测量项目。而无人机测量技术正好弥补了传统测量技术的缺陷，因此将该技术应用于本项目。

3.1 绝对航高选取

本项目无人机采用华测P700E 无人机，搭载尼康D810 全画幅相机，镜头采用35 mm 镜头，有效像素为3600 万。通过原有地形图获取该区域最高标高为1263 m，区内中部沟谷为最低处，约1206 m，相对高差约为53 m。由于航摄分区内的地形高差一般不大于1/4 相对航高，因此相对航高应大于212 m，根据公式可计算出：

因此本次测量航飞取整选用1:6500 比例进行航摄。相对航高为227.5 m。

绝对航高=最高标高+相对航高=1 490.5 m。

3.2 像控点布设

本测区为南北狭长的带状区域，为保证旁向重叠度大于56%，该测区共布设3 条航线，以保证个地物可以形成立体像对。像控点共计布设24 个，采用小木桩做标记，均匀地布设于整个测区内，以确保能涵盖整个测区。平高点和高程点分别采用红、蓝色喷漆进行区分，便于后期影像判读。像控点测量采用RTK 测量技术，测量完成后对部分像控点精度进行抽样检查，其平面坐标和高程数据均满足像控点测量要求，完全可用于内业加密工作要求。

3.3 空中三角测量

空中三角测量主要是利用航摄相片与目标物体之间的几何关系，确定待求点的三维坐标及相片的外方位元素，GPS 辅助空中三角测量利用装在飞机和地面基准站上的GPS 接收机，在摄影机曝光瞬间获取摄影机的三维坐标，并将其代入测量区域网进行平差，建立起影像与相对地物的几何关系。传统方法进行空中三角测量不仅工作量大，而且会消耗大量时间，而空中三角测量方法很好地解决了这一问题。

3.4 航飞时间选择

由于无人机属于轻型飞行器，其飞行质量受风速影响较大，直接影响成像的航向重叠度及旁向重叠度，还有可能造成无人机的飞行姿态发生变化。由于该测区处于山地之中，地表覆盖物较密集，且高差较大，因此在无人机测量作业时，尽量选择晴朗无风、大气透明度高、光照充足的天气，并且航飞时太阳高度角尽量大于45°的时间段，以减少阴影区域对航飞图的影响。

3.5 质量控制

良好的航摄影响是决定内业线划成图质量的重要因素，外业航飞工作完成后，需及时对航摄相片进行检查，特别是相片的旁向重叠度、航向重叠度、相片倾斜角、旋偏角、航高等影响内业成图的因素进行重点检查，影像的颜色饱和度、清晰度及色调反差等因素也是检查的重点。

3.6 DLG 数字化成图

数字化成图主要是以点、线、面或者地图特定符号，表达地理信息要素的数据集，在生产过程中应注意数据的精度，对于不能准确判别的地理要素，要及时进行外业调绘，确保数据录入的完整性及准确性。

完整的数字化成图应包含以下流程，如图1。

图1 数字化成图流程图

3.7 成图精度检测

本次无人机测量成图完成后，采用全野外实测方法对所绘地形图进行全野外实测检核，通过野外特征地物坐标测量，平面坐标最大中误差为0.48 m，高程中误差最大0.62 m，满足《基础地理信息数字成果1:500/1:1000/1:2000 数字线划图》中规定的平面中误差不大于0.8 m，高程误差不大于0.7 m 的规定。

4 结 论

测绘技术发展至今，从简单到复杂，从传统的手工操作到人工智能化，从接触测量到无接触测量，无不凝聚了几代测绘人的心血与汗水，无人机测量技术作为测绘史上的一个新里程，为现代化测量提供了一种重要手段，其灵活性、可操控性和经济性已逐渐被人们广泛应用于实际工程中。通过无人机在本项目中的实际应用，对无人机测量技术的作业流程有了更深一步的了解，尽管其在测图精度上与传统技术有一定的差距，但是随着测量技术的不断发展，无人机测量技术必定会有更进一步的发展，其未来的应用前景也必定更加广阔。