无人机航测在矿山测绘中的运用_李伟.pdf

2023年第1期李伟：无人机航测在矿山测绘中的运用无人机航测在矿山测绘中的运用李伟（山东建材勘察测绘研究院有限公司，山东 济南250000）摘要：按照无人机航测技术特点，某矿山地形图更新需求，现研究无人机航测技术在矿山测绘中的实际运用。无人机航测的误差较低，能够满足实际测绘的要求，并缩短测绘周期，GPS+空中三角测量+PPS差分可有效提升测绘精度，可为复杂的矿山测绘提供技术支持。关键词：无人机航测；矿山测绘；误差；测绘精度Abstract:The practical application of UAV aerial survey technology in mine surveying and mapping is studiedin light of the characteristics of UAV aerial survey technology and the requirements for updating a minetopographic map.The error of UAV aerial survey is relatively low,which can meet the requirements of actualsurveying and mapping,and shorten the surveying and mapping cycle,GPS+aerial triangulation+PPSdifferential can effectively improve the accuracy of surveying and mapping,and can provide technical support forcomplex mine surveying and mapping.Key words:UAV aerial survey；mine mapping；error；mapping accuracy中图分类号 TB2文献标识码 B 文章编号1004-5538（2023）01-0126-030引言无人机顾名思义是一种不载人飞机，是采用无线电遥控技术搭配程序控制装置实现飞行的一种机器设备。无人机航测是指在无人机设备上装备航摄对地面实时连续拍摄成像，同时与地面设置的控制点测绘及立体测绘相结合，从而完成相关测绘工作1。矿山的地质条件、地形特征等方面表现较复杂，开展矿山测绘工作的难度较大，会对测绘的精度产生较大影响。因此，下文将无人机航测技术应用于实际矿山测绘工作之中，探求其运用方法及效果。1矿山概况及软硬件设备介绍1.1矿山概矿该矿山位于山东地区某县域范围内，附近有公路干线通过，交通便利。测区内土地面积可达14.6 m2，该测区范围内有河流从北向南流过，并且测区范围内多丘陵、山地、河谷，周边居民区分布较密集，所以对该矿山区域开展测绘作业难度较大，所受到的干扰因素多，其中最高海拔值可达742.3 m，最低海拔也达524.6 m。因此，测区范围内的地形特征表现为高低起伏，与河谷之间形成沟壑纵横之势。同时测区范围内的气候比较温暖，年平均气温可达11.8，年降水量可达576.8 mm。此次测绘的任务主要是更新矿山的地形图，从而更加利于矿山生产及其风险防控。1.2软硬件设备介绍该项目所使用的无人机为大鹏无人机，无人机内置GPS（诺泰），飞控软件则采用了JOUAV品牌软件（型号AP-101），该软件由成都纵横科技有限公司研发，其特点为免像控高精度，属于专用于矿山测绘的航测系统，具有1.5 h超长续航能力。该无人机搭载的航摄仪为SONY航摄仪（型号A7R），能够满足该项目的低空摄影测绘需求。该无人机设备参数见表1。航摄软件采用武汉讯图公司研发的UAS航摄系统（型号为CW-10C），包括空三加密、数据提取、航线任务规划、飞行质检以及DOM五个主要模块，可满足该项目测绘需求；影像处理软件则采用综合论述126-2023年第1期图1航拍文件处理流程Context Capture，可根据数字影像自动生成3D模型；立体采集软件则采用uFeature 3D，集GIS技术、CAD以及测绘技术于一体，能够全面应用测绘数据，可满足各种绘图需求。2无人机航测技术在矿山测绘中的具体应用2.1外业航摄2.1.1建立飞行任务通过分析测区地形，测区范围的相对高差可达217.7 m。需要划分航摄分区，划分原则为：分区范围内地形实际高差应该在摄影航高的六分之一；分区的界限必须与图廓线之间保持一致；当地形高差符合要求规定，且可保证航线为直线的条件下，分区跨度应尽可能加大，从而全国覆盖整体航摄区域；若地面高差发生突变，且存在特殊要求或者是地形特征存在显著差别的情况下，可破图廓划分航摄分区。通过划分，该项目划分的航摄区共有2个，航测作业需进行3次，该项目使用的无人机具有垂直起降的特点，对于起降现场的要求较低，在空旷以及平整的场地便能够实现起降，飞行时需转变飞行模式，即保持固定翼飞行，从而使飞行距离和时间均能得到提升。此次航摄作业在飞控软件之中将高程数据和Hybrid影像进行了加载，航线规划设计采用自动化形式进行，相对行高为217.7 m，航摄基准为600 m，旁相重叠度为60%，航向重叠度为80%，完成面积为18 km2。最终各航带数据均能够达到后期的精度要求和处理需求。2.1.2像控点布设编号及实测该项目区域范围内公布设立52个像控点，实际使用的像控点为42个。像控点的布设采取全野外平高区域网，布设的像控点均处于高程变化平缓、地势相对平坦的区域，为了便于识别，使用了红油漆标识像控点，标志符号为“L”，保证航测可识别像控点。对于特殊情况出现时，布点应依据地形图航摄外业相关规范开展。该项目使用了42个像控点，并把所有像控点统一编号，对于平高点，使用大写P与流水号合编的方式进行编号，如第一个平高点即P0001，而平高检查点则使用J与流水号合编的方式进行编号，如第一个平高检查点的编号即J0001，所有像控点均未出现重复编号问题；最后，对像控点进行实测。该项目像控点中的一部分通过E级GPS控制点，对于欠缺部分则需进行实地布设，与上述控制点共同使用的像控点坐标通过地形测绘专用的GNSS接收机来确定，采取RTK模式与SXCORS系统之间进行连接，在固定条件下采集之前做“L”标记的像控点外角，采集频率为10个/次，采集的时间间隔为2 s，攻击测量3个测回，并取平均值当做此次实测结果。2.1.3开展低空摄影依据之前预定的任务开展航摄作业。该项目使用的无人机确定的飞行时间段为9：0017：00，在航摄过程中，全面考虑各类因素，无人机在执行任务时调整为“飞行任务执行模式”，通过自驾仪对模式进行执行，用户在无人机上安装自驾仪后，会同任务设备以及飞行器执行装置共同协调完成任务，使无人机能够在开展飞行任务时，根据该模式执行任务。无人机在完成任务后便会安全降落，这时地面站工作人员会拷贝航摄数据，然后传输至电脑设备中检查，具体操作流程如图1所示。表1大鹏无人机的设备参数项目名称（单位）参数机身长度/m海平面平飞速度Max/（km/h）自主飞行模式抗风能力Max/级起降方式续航时间Max/h任务荷载/kg作业高度Max/m垂直向定位精度/m起飞重量Max/kg巡航速度/（km/h）水平向定位/cm1.6108GPS导航5垂直起降1.512海拔5000312721李伟：无人机航测在矿山测绘中的运用综合论述127-2023年第1期2.1.4检查飞行质量完成外业航测之后，需要使用UAS系统检查飞行质量，该系统下设置了专属于检查飞行质量的模块，通过该模块便可对外业航测成果实施全面检查，检查的内容主要包括航线的弯曲度、航测相片的重叠度和倾角、影像的分辨率、航高差、影像漏洞情况等。2.2内业数据处理该项目航测作业开展时采用了RTK技术，同时也采用了PPS技术。航测数据处理软件与地面站数据、POS数据、基站信息以及移动站数据相结合，对航测数据实施后差分处理，使航测数据能够达到厘米级。通过后处理软件对数据进行处理时，要求数据必须确保固定解高于90%，解算得到的结果应该保存为txt格式，然后根据卫星观测收集到的原始数据开展差分解算，对扰动数据进行改正，从而精确获得厘米级位置、高度精度以及POS数据，可将外业像控点减少数量在80%以上，同时提升航测数据精度以及航测作业效率。空三加密和建模均采用了Context Capture测量系统，这个系统对应的空三像点的精度要比2/3个像素高，模型的精度可达到12 000对应的精度。该项目全自动3D建模使用了Context Capture软件完成，该软件能够通过多节点来完成并进行运算，之后会将空三成果数据转化为白体3D建模、3D TIN格网、3D场景构建以及自助纹理映射。模型修饰正常来讲金科对模型漏洞以及水域空缺实施修补，通过补飞数据或是水面数据实施约束敢于之后，能够重新形成模型，促使模型漏洞消失。2.3制作地形图该项目所在矿山区域的地形图绘制主要采用了uFeature 3D，通过加载DSM获取3D坐标，然后使用相应的符号对立体识别地物进行识别。立体采集应遵循的原则为：定位通过内业实现，定性通过外业实现。内业可对地貌以及地物等要素的采集进行准确判断。对于一些没有把握做出准确判断的地物，应该尽量完成采集作业，然后通过圆圈对其标记，再通过外业实地开展精确补调来完成地物采集。在3D模型之中，地物的轮廓完全可见的部分，需要使用测标中心对地物定位点和外轮廓进行切准并采集，要达到不移位、不疏漏以及不变形的要求。当地物的部分轮廓得到显现时，需要对这部分轮廓线进行测绘。当辨识困难的情况出现时，需要标记相应的位置，完成后进行外业处理，对于水系而言，需要测绘其岸边线。在制作该项目地形图时，高程以及平面坐标的小位数均取0.1 m。对于地形特征点、明显地物点以及一类方位物均需要对高程注记点进行测绘。等高线均采用人工的方式进行采集，不可从房屋位置穿越，并且还要注意不应该存在点线矛盾。模型接边位置的图幅应该保证点线面一致。3结语综上所述，矿山测绘工作具有一定的复杂性，上文结合山东省某县域矿山区域，采用无人机航测技术测绘矿山的地形图，通过研究得出，无人机航测技术能够较为精准的采集像控点信息，在外业航摄方面能够保证航测信息的完整性，在内业数据处理方面能够保证处理的精确化，使数据处理误差减小，还可通过采集点线面要素完成矿山地形图测绘工作，说明该技术可有效应用于矿山测绘工作中。参考文献1王云超.无人机航测在大比例尺地形图测绘中的应用探究J.科海故事博览，2022（1）：13-15.作者：李伟（1987-），男，本科，工程师，工程测量专业。（编辑：王冬林）（收稿日期：2022-11-26）李伟：无人机航测在矿山测绘中的运用综合论述128-