无人机航测在矿山测绘中的运用分析

孙贞芳

（安徽省地质测绘技术院，安徽 合肥 230022）

近几年，科学技术的完善与应用为各行业智慧化发展提供了基础保障，如何建立起科学技术与各行业之间的有效联系，使多元化技术得到针对性、合理性的运用，便成为行业转型阶段重点考虑的内容。矿山开采行业是国民经济的重要支柱，随着时间的推移，开采难度逐渐加大，以往所使用开采方法已难以发挥出应有的作用，要想在保证开采安全的前提下，对矿山开采速度进行提升，关键是要有精准的测绘数据提供支持。将融合了无人机技术、GPS技术、图像处理技术的无人机航测技术用于矿山测绘，可以最大程度保证测绘结果的准确性，其现实意义有目共睹。

1 矿山测绘中无人机航测技术应用流程与要点

1.1 矿山内业测绘

要想对矿山内部资源分布实际情况具有全面了解，关键是要对内业测绘方案设计工作引起重视，先采集真实的地面侧面纹理，再依托于先进技术统筹各类数据并搭建三维立体模型[1]。对倾斜摄影信息加以运用，可以将地物位置、外观、高程等属性真实地反映出来，使矿山测绘数值参数精确度得到大幅提升。

1.1.1 模型精度控制

为将真实的矿山面貌呈现于测绘人员眼前，需要先在内页处理系统创建一个空的区块，再将相应的影像信息导入区块中，结合事先探测得到的矿山地形条件信息、同机采集到的有关参数，对模型进行调整，从而获得与矿山情况相符的仿真模型。另外，执行空三加密前，尽可能建立起影像信息与控制点之间的联系，为参考模型的搭建提供便利[2]。

1.1.2 搭建三维模型

为保证所搭建的三维模型能够切实反映矿山的整体情况，应当对运行稳定且功能齐全的网络软件加以使用。现阶段，常用的建模软件均强调先借助空三加密点对不规则的三角网TIN进行准确计算，整合计算结果，制作出白模的三维模型，确保测绘人员可以通过分析、观察三维模型，找出航测影像中最合适的纹理，再执行纹理的输出工作，最后对实景模拟倾斜三维模型进行建立。测绘人员可以在该模型的帮助下，从不同维度观察矿山整体地形地貌与内部资源具体分布情况，这对后续工作的开展具有重大意义。

1.1.3 正射影像

待准备工作告一段落，应尽快提交空三任务，保证无人机航测技术的作用得到充分发挥。空三加密计算结束后，技术人员需要根据计算结果调整模型，确保模型精度能够达到矿山测绘要求。随后，再根据矿山测绘实际需要转换数据格式，为后期模型搭建提供便利。

1.1.4 矢量化处理

矢量化处理能够帮助测绘人员更加细致、全面地了解矿山整体风貌。为保证矢量化处理工作成效，需要将前期模型制作软件所生成DOM和三维模型作为载体，将绘制的导图上传至EPS软件中，再对导图进行矢量化处理。在此基础上，汇总所掌握数据，包括但不限于管线、水系、道路交通参数，划分矿山内部植被范围，避免矿山开采作业破坏区域内生物多样性。此外，测绘人员还需要细致分析外业草图并做好标记，在此基础上，绘制准确的全要素地形图，这对日后各项工作的开展同样具有积极作用。

1.2 矿山外业测绘

1.2.1 航线规划

矿山多位于偏远山区，地形复杂，不利于传统测绘工作的开展，即使测绘人员使用了无人机航测技术，仍然会受地势条件的影响，导致地图更新速度无法达到预期。为彰显无人机航测技术的应用价值，需在测绘前科学规划无人机飞行航线，采取飞行器定点的方式确定飞行范围，针对不同位置设计相应的参数，以保证测绘效率。比如，结合现场实际情况，确定飞行高度、飞行时间、航线总长度等参数（如图1所示）。

图1 无人机飞行航线规划

1.2.2 像控点布设

全方位测量图像控制点，能够大幅提高成图精度。通常来说，在没有特殊要求的情况下，只需按照统一的要求布设野外像片控制点即可，若待测绘矿区较小，则可酌情增加布控密度，保证测绘数值完整。在布设像控点时，还应做到以下几点：一是尽量将像控点排放成三角形；二是使用油漆做好点位的标记工作，为无人机航测工作的执行创设有利条件；三是为保证所采集数据具有良好的准确性、即时性，应将在较空旷或平坦的区域设立PPK基站，并科学设置文件名与采样率，以此提高测绘数据精确程度。

1.2.3 执行飞行计划

待设计无人机飞行路线的工作告一段落，需在第一时间对无人机自动系统下达飞行指令，确保无人机能够严格按照事先规划的线路飞行。与此同时，凭借无人机航测技术自带的精准校验功能，动态化纠正采集到的数据信息，若发现采集数据存在偏差，无人机将及时发布预警，由工作人员判断数据出现偏差的原因并对该问题加以解决。无人机飞行过程中，操控人员可利用后台控制系统跟踪监视无人机飞行情况，实时了解地面站有关信息，防范无人机发生故障，导致其作用无法得到充分发挥[3]。

1.2.4 外业草图绘制

要想快速且准确地标注出与地形图相关的各类要素，测绘人员应依据所掌握的信息绘制外业草图，为精准测绘图的设计提供参考。实践经验表明，要想使草图所具有参考、分析价值得到充分发挥，关键要保证图纸涵盖道路名称、矿业企业名称、村庄名、山名等信息，只有这样才能使矿山位置以及待测区域的位置得到直观展示。

2 矿山测绘中无人机航测技术实际运用

2.1 工程概况

矿区位于山体北段山间盆地，整体为中山山地地形，交通条件较差，测区内种植有大量植被，无法利用传统方法进行测绘。在对多方面因素加以考虑后，最终决定使用无人机航测技术对矿山西北方向的实际情况进行全方位勘测。测绘面积约15.56km2，测区整体呈长方形，宽为3677m、长为4225m，矿区走势为中间高、南北低，最高、低海拔分别为1233m、913m。

2.2 测绘内容

为达到航空数码测绘矿山的目的，开展测绘工作前，先组织全体工作人员细致、全面分析测绘内容，明确项目任务，并优化设计矿山测绘方案。该阶段需要完成以下工作：首先是按照1∶2000和1∶5000的比例尺制定数字线划地图，绘制矿区地形地质图与数字正射影像图；其次是依托测绘作业对无人机航测所采集数据的时效性与精准性进行验证；最后是使用的无人机型号为快眼Ⅱ型无人机，结合矿区现场情况科学布设测绘点，确保数据可靠、完整。完成测绘内容规划后，先借助三角测量自检法对不同测绘点位置坐标综合改正值进行准确计算，提高标定结果精确度，再将该数值用于测绘产品生产中，以此验证并评估无人机摄影测量系统综合测绘水平[4]。

2.3 航线设计

开展航测作业前，需先安排专业人员深入现场或使用先进测绘技术了解测区自然环境，包括测绘面积、不同区域海拔、地形地势等，以所掌握信息为基础，设计出科学的航线图。图纸中应包含航线分辨率、航高、方向与数量等信息，科学规划航线，确保测绘期间无人机所采集参数精准且具有实际意义。本项目中，有关人员以现场情况为依据，提出打造9条航线的建议，将东西方向作为无人机行进方向，分辨率设置成18cm，航高为1068m。

无人机航测过程中主要采用自动航摄模式获取航测区域影像信息，实践经验表明，要想在保证影像质量合格的基础上，提高无人机航测效率，关键是要保证无人机与无人机操作人员之间不存在植物、山丘等外界干扰因素。如果现场环境较为复杂，无法杜绝外界因素对信号的干扰，则需要做好补测准备，以保证航测全面、准确，最大程度满足数字高程模型构建需求。另外，影像摄取过程中，无人机摄像头最佳位置为航测区域中心地带，拍摄频次维持在2min～3min一次。图2为某区域数字正射影像图，图3为该区域的三维模型：

图2 矿区数字正射影像图

图3 矿区三维模型

获得正射影像图和三维模型后，便可以利用软件处理正射影像图，生成相应的图像文件及矢量文件，随后，将TIF格式、DXF格式文件导入CASS进行处理，进而生成该区域的地形图，如图4所示：

图4 矿区地形图

2.4 地面控制

现行规定明确指出，地面控制不仅是内业布点工作的一部分，更是矿山测绘的重要内容，无论是以传统技术手段为支撑的人工测绘方法，还是依托于先进技术的数据航测，均需依据矿区地形特点以及实际情况开展测绘点的科学布设工作。所有点位的设置均要将无测绘死角作为根本目标，保证航测覆盖率达到100%。实际工作中，有关人员需要以测绘要求为依据，严格按照《1∶2000、1∶5000地形图航空摄影测量外业规范》所规定测绘标准，对地面控制进行布设。本工程共设置39个平高点，以现有无线数据播发网、数据通信网络为载体，实现各类数据的实时传递与修正，由此保证点位布设的精确程度。此外，由于项目方未提出特殊要求，因此，本工程的高程基准与平面坐标系统分别采用1985国家高程基准和国家CGCS2000大地坐标系。

2.5 模型建立

矿山测绘中可利用Pix4Dmapper软件构建三维模型，保证所构建模型可以满足测绘分析需求。在构建模型之前，需要对无人机航测数据进行预处理，以提高无人机航测影像质量。预处理流程如下：①筛选高精度影像②检验影像质量是否符合相关规定③适当调整影响亮度。随后，将经过预处理的数据录入Pix4Dmapper软件中，按照“三维模型构建项目新建→像控点坐标添加→初始化处理→三维模型生成→文件处理”步骤操作，获得最终结果。

2.6 空三加密

完成上述工作后，需要对成果精确度进行分析，对使用无人机航测技术的项目而言，精度分析的侧重点有两个，分别是采集精度评定分析、加密结果精度分析。现阶段，最常用的精度评定分析方法为空中三角测量法技术，使用的测量设备为数码相机，本工程借助Inpho软件进行空三加密，依托于软件自身极强的粗差检测能力以及平差计算功能，以待测矿山涵盖的所有加密点地面坐标为基准，对影像的外方元素加以综合考量，从而实现动态化、精确化分析结果精度的目的。另外，这一分析方法还具有以下优点：只需要利用少量的控制点，便可保证分析结果准确[5]。

2.7 精度分析

成果精度分析强调将测量结果和通过计算确定的相应误差、平差结果作为依据，对矿山测绘区域无人机飞行高度进行综合分析，通过系统地检测影像结果的方式，保证测绘数据准确。本次无人机航测过程中，工作人员计划在航高200m、600m、1000m的条件下拍摄矿上A测区影像，测区面积约为1.2km²，现场共布置7个像控点，要求航向与旁向重叠度分别达到85%以上、75%以上。与此同时，利用全球定位系统定位测定105个A测区内高差各异的地物点，根据全球定位系统测量结果、无人机航测数据处理结果，评价无人机航测成图质量。本次检验结果见表1：

表1 航高不同下地物点测量误差分析

分析表1数据能够发现，平面误差会随着航测高度的不断增加而增大，高程误差则随着航测高度的增加而不断减小，在200m～1000m的范围内，无人机航测对地物点测量的精度能够满足相关规定与需求。在对本次航测成果进行系统分析和检校加密纠正后能够发现，航测所获得立体影像的绘制精度能够满足DLG1∶2000、DLG1∶5000的要求。除此之外，结合对比分析结果还能够看出，无人机航测技术的精确程度远高于卫星系统，利用该技术测量1∶1000、1∶500的DLG，可进一步提高地面分辨率，使地面分辨率达到7.5cm、10cm。本项目中，工作人员选择将该技术与全野外布点、区域网空三加密相结合，事实证明，这样做能够使测绘所得数值的精确性最大程度接近预期。但在实际应用的过程中，无人机航测技术的不足也逐渐显露了出来，即无法保证高程测绘精度。未来，有关人员应对其功能进行深层次开发与完善，结合矿山不同测绘区域具体情况和地形地标，设计出多元化的航测方案，比如，适当扩大待测绘矿区立体影像的覆盖区域，增加无人机飞行模式，实现对矿山整体情况的全方位测绘。综上，与普通航测形式相比，无人机航测技术在矿山测绘中的应用优势更为突出。

3 结语

总而言之，新时期，将无人航测技术用于矿山测绘已经成为大势所趋。事实证明，在矿山测绘作业过程中合理运用无人机航测技术，充分发挥技术操作便捷、可视化程度高、成本低廉、测绘结果准确等优势，可以使矿山测绘效率与质量得到大幅提高。要想凸显该技术的应用价值，需要测绘人员做到以下几点：首先是优化无人机航测结构设计，明确技术操作流程与要点；其次是依托于测绘作业实际需要以及整体地形地貌，科学规划无人机航线，确保设备稳定运行；最后是设计切实可行的测绘方案，提高测绘作业的全面性及有效性，为后期矿山安全、高效开采提供可靠参考。