无人机航测技术在矿山测绘中的应用

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1概述

通过位置、地形、资源及其利用状况等信息的实时勘查与测量，以此获取相关数据信息为矿山测绘的主要目的，其意义在于全面掌握矿山资源的基本信息与利用状况，以此实现矿山资源的合理配置。但是，基于传统测绘技术的分析，人工效率低、测量精度也较低，已无法满足现代测绘发展的需求[1]。故此，引进高科技测绘技术，实施矿山测绘改革对于现代测绘事业的发展已经势在必行。数据处理、高分辨数码传感器、微型无人机平台与导航定位系统为无人机航测的主要组成，即是通过影像处理、遥感传感、遥测遥控、无人机操控、数据通信及GPS定位等新兴技术的运用，以无人飞行器为载体，利用数字遥感设备（如数码摄录机、数码相机）对遥感数据以影像的形式实施采集、记录、处理以及（同步）传输，以此将矿山的地理信息（环境、资源、地形）快速而精准的获取，从而实现遥感信息数据的分析、处理、建模与应用。

2无人机航测技术的应用优势

（1）影像数据分辨率高。无人机航测以低空飞行为主，加之其所配影像设备为高分辨率传感器，因此所获影像数据分辨率高，可精确至厘米级。与传统人工测绘技术相比，无人机航测所获数据信息精度高、人为主观影响较小，从而使测绘结果更能反映真实状况，进而可更好的服务于矿山资源的后期规划与开采工作。同时，无人机航测技术的高分辨率优势可以更好的满足矿山测绘过程中各种比例尺的测图和监测等实际性需求，表现出其他技术无法比拟的应用优势。（2）数据获取效率高。对于信息数据的获取，无人机航测技术快速而准确的表现使其应用优势得到了进一步加大。基于无人机航测特性的分析，其在运用现代软、硬件技术的基础上因飞行状态处于低空而有效规避了空域申请的各种限制。一般情况下，只要天气良好，飞行条件允许，无人机只需注册后便可起飞作业，进而对信息数据采集及时性与连续性的有效保障而表现出显著的高效性[2]。（3）经济实用性强。无人机航测技术在矿山测绘应用过程中的经济实用性，主要以对计算机技术、信息技术与网络技术等高科技技术的应用为体现。在现代新兴技术的综合作用下，使得无人机航测技术表现出简单、灵活且易于操控的特点，因此在现代矿山测绘工作中彰显出了独特的应用优势，进而使其迅速得到了推广。在人类生活与生产节奏日益加快的当下，具有人工智能特性的无人机航测技术以其极高的自动化优势高效、高质、及时的为矿山测绘工作提供了必要性助力，实现了测绘数据的实时收集、分析以及决策，同时降低了成本投入，使现代矿山测绘工作表现出极强的经济实用性。

3应用实例

3.1测区简介

矿区地处某山体北段山间盆地，属中山山地。本次测区位于矿区西北方向，其长宽尺寸分别为4225m与3677m，待测面积15.54km2。该测区地势呈中间高南北低走势，最高点海拔1232.54m，最低海拔912.67m，最大相对高差约320m；测区交通不便，基本为植被覆盖，且无建筑物，人工测绘难度较大。

3.2项目任务

为适应现代矿山企业发展建设不断加快的形势，满足加强安全生产，加大对煤矿规划管理力度的需要，对矿山进行航空数码测绘。内容包括1:2000及1:5000数字线划图（DLG）采集、数字正射影像图（DOM）、矿区地形地质图，以及验证无人机航摄系统用于矿山地形数据采集的测量精度。该测区采用Quickeye（快眼）Ⅱ型无人机搭载非量测型数码相机进行摄影作业，又布置大量的地面控制点。然后对航飞数据通过区域网空中三角测量的自检法来计算全部系统误差根源对像点位置坐标的综合改正值。从而确定内方位元素和物镜的光学畸变值，实现相机的高精度标定；并将标定结果用于测绘产品生产，以此来对无人机摄影测量系统在小区域大比例尺地形图立体采集中所能达到的精度水平进行评估和验证。

3.3项目实施情况

（1）航线设计。以测区地形条件、测绘面积、形状规划及成图比例为参照，本次航测共设航线9条，均为东西方向航飞。旁向与航向重叠度分别大于35%与65%，设定航高1068m，18cm的分辨率，每条航线获取航片16张，定点曝光采用GPS飞控管理系统进行实时控制。（2）地面控制。地面控制是由内业布点，外业人员野外刺点。本测区野外像片控制点的布设按照《1:500，1:1000，1:2000地形图航空摄影测量外业规范》中区域网布点要求进行布设。像片控制点布设在航向及旁向至少3片或4片重叠的范围内，共布设39个平高点，布设的像片控制点均可公用。采用GPSCORS网，其是通过现有的数据通信网络和无线数据播发网，向各类需要测量和导航的用户以国际通用格式提供码相位/载波相位差分修正信息，可实时解算出流动站的精确点位。平面坐标系统采用CGCS2000国家大地坐标系，高程基准采用1985国家高程基准。（3）加密结果精度及采集精度评定分析。利用Inpho软件实施空三加密，它有着强大的粗差检测与平差计算功能。对于测区内所有加密点的地面坐标与影像的外方为元素，均可以利用少量地面控制点实现。

3.4成果精度分析

依据《低空数字航空摄影测量内业规范》（CH/Z3003―2010），通过平差结果的分析可知，本测区由无人飞行器搭载普通数码相机以1068m的相对航高进行航摄作业，通过检校加密纠正后，立体像可以满足地形图测图的1:2000的平面精度要求，进一步表明处于云下低空飞行的无人机航测系统所得到的影像数据具有极高的分辨率，且其精度也是有人飞机与卫星系统无法比拟的。因此，对于小区域大比例尺地形图测绘数据的获取，无人机航测技术表现出极强的可行性。分析采集结果可知，本次所获数据的绝对与相对定向及加密中的各项限差全部满足要求，虽然判别误差会影响到平面精度，但对高程精度不会形成较大改变，同时还可得知，在平面成图精度提升方面，该系统潜力表现较大，通过地面分辨率的适当放宽以及航高的增大，无人机航测技术还可实施小比例尺的地形图测绘。例如在成1：500与1：1000地形图时，设计地面分辨率分别为7.5cm和10cm，并且均以全野外布点或区域网空三加密为运用。

4结语

基于以上论述，无人机航测技术在矿山测绘中的应用对操作人员的专业技能与经验要求较高，其过程复杂而又系统，只有做到实施过程的全动态化控制，方能实现测量成果的精度化与准确化。

参考文献：

[1]许杰,聂子玲,熊又星,等.基于Modbus-RTU协议的变频器多路温度采集系统设计[J].电器与能效管理技术,2016,35(19):37-40.

作者:张宁宁 顾利红 董丹丹 单位:淮安市水利勘测设计研究院有限公司 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院