无人机航空摄影测量技术在矿山测绘中的应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

无人机航空摄影测量技术在矿山测绘中的应用

发表时间：2021/6/4 来源：《基层建设》2021年第2期作者：王炳新

[导读] 摘要：伴随着无人机航空摄影测量技术地飞速发展，无人机航测技术已在林业农业、文物保护、选址勘查等诸多领域广泛应用。

        辽宁省有色地质一〇一队有限责任公司辽宁省抚顺市 113006
        摘要：伴随着无人机航空摄影测量技术地飞速发展，无人机航测技术已在林业农业、文物保护、选址勘查等诸多领域广泛应用。本文主要介绍在矿山测量中如何利用无人机技术进行地形图数据生产加工。传统的GNSS RKT技术在矿山地形图测绘工作中具有危险性高、成本高、作业效率低等缺点，利用无人机技术大大提高了作业效率、降低了生产成本。
        关键词：无人机；矿山测量；地形图
        1引言
        由于矿山地形复杂，作业区高差大，堆石区域危险等导致作业人员无法到达井下测量地点等困难，矿下测量作业十分困难。为了解决矿井测量中存在难题，现研究利用无人机摄影测量技术，摄影测量技术可以无接触地进行测量作业等优点可以有效解决矿井测量困难的问题，从而大大提高了作业效率和精度。
        2无人机设备
        目前市面上无人飞行器类型主要包括：多旋翼式、固定翼式、伞翼式、飞艇式以及无人直升机等，这些不同类型的无人机主要应用于不同的测绘环境[1]。本次项目研究采用一款固定翼ifly v5无人机在大范围矿山地形图图测绘中的应用。
        中海达iFly V5电动固定翼无人机，其标配载荷相机拍照传感器最大像素≥4200万，镜头为35mm物理定焦，快门控制为飞控指令控制，表1为无人机的技术参数。
        表1：无人机的技术参数

        3无人机航测作业流程
        3.1项目数学基础
        本次航测项目数学基础情况如下：
        （1）航测成图平面坐标系统采用CGCS2000国家坐标系，投影分带采用高斯-克吕格投影，每3度分一带，航测区域的中午子午线为120°。高程均采用工程独立高程基准。
        （2）地形图成图比例尺为1：2000，等高距为2m，高程注记点注记至0.1m。
        （3）影像地面分辨率优于0.05m。
        3.2像控点测量
        本次项目测区布设了51个像控点标志。采用喷漆喷绘等方式在测区范围内均匀布设像控标志，布设本次航测像控点后，对像控点进行测量。具体方式为利用千寻全球卫星定位综合服务系统进行联测像控点。像片控制点一般采用QX-CORS系统网络RTK方法测量，困难地区采用GNSS快速静态测量，测量时应注意GNSS高程精度的控制。采用QX-CORS系统网络RTK方式测量时应使用强制对中杆或三角架架设仪器，并正确设置仪器高类型（斜高、垂高）和量取位置（天线相位中心、天线项圈、天线底部等），测量详细要求见《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》。
        3.3 航摄设计
        （1）采用专业设计软件iFly智能航测助手-V5。
        （2）地面分辨率保证：为确保获得更好的影像质量本项目设计主分辨率为0.05米。
        （3）航线按常规方法敷设时，平行于摄区边界线的首未航线一般敷设在摄区边界线上或边界线外，确保摄区边界实际覆盖不少于像幅的30%。在便于施测像片控制点及不影响内业正常加密时，旁向超出摄区边界线不少于像幅的15%，可视为合格。考虑飞行中航线及姿态的保持情况，要相应地增加旁向重叠率。
        （4）在高差特别大的地区，可以插补航线。
        （5）分区边界覆盖应满足分区间各自满幅的要求。
        （6）旋偏角一般不大于15º，在确保航向、旁向重叠度仍能符合规范要求的前提下，个别旋偏角最大不超过25º。
        （7）航向重叠度80%，旁向重叠度70%，航高388m，航线规划图如图3，航摄参数设置。
        3.4航空摄影外业作业
        根据航摄的技术设计文件设计航飞路线及参数，在进行航拍起飞前，要对航摄仪的相关部件进行基本程序检查，如航摄仪座架稳定性、镜头盖是否摘掉、飞行控制系统平飞电池和垂起电池的通电检查，确保电电池安装稳固，飞机浆翼检查、飞行管理软件飞行参数的检查、数据硬盘记录工作正常检查等。
        根据地形条件的不同，严格按规范规定的太阳高度角要求选择摄影时间。选择大气透明度好的天气进行航拍，避免在大雾天气和雾霾天气进行航飞。
        3.5航空摄影成果自检
        基础质量检查包括：a、像片航摄重叠度检查；b、像片旋偏角检查；c、航摄比例尺检查；d、图廓覆盖；e、分区覆盖情况等。
        影像质量检查包括：a、云影遮挡检查；b、影像色彩亮度是否协调统一检查。
        3.6补摄与重摄
        数据处理人员在数据处理过程中如出现绝对漏洞、相对漏洞、大面积云影遮挡及其它严重缺陷，数据处理人员要配合质检员要分析造成缺陷的原因，把需要注意和调整的事项及依据规范规定需及时补摄的航线反馈给摄影员，航摄人员根据作业区情况进行补充航飞。
        4数据处理与应用
        4.1 空中三角测量
        空中三角测量采用无人机数据处理软件ContextCapture Center Master进行，空三加密部分对具有重叠的航空影像进行自动匹配连接点，从而获取每张影像的相对姿态位置。自动匹配的连接点在整个测区具有非常密集的分布，在弱纹理地区具有非常好的匹配质量。便捷的控制点量测，全自动平差解算，相机自检校和多种质量检测等工具确保高精度的空三成果。
        首先进行立体像对的相对定向，其目的是恢复构成立体像对的两张影像的相对位置，建立被摄物体的几何模型，解求每个模型的相对定向参数。
        在相对定向完成后，进行绝对定向，绝对定向是无人机航空影像定位的重要环节，实现了相对定向后立体模型坐标到大地坐标的转换。
        4.2拼接检查
        拼接后检查主要包括影像的辐射质量检查和影像的精度质量检查。
        影像的辐射质量检查主要从影像的亮度和色彩两方面进行检查，一般采用目视检查法，主要包括：整幅图色调是否均匀，反差及亮度是否适中，影像拼接处色调是否一致，是否存在斑点、拉花痕迹等。影像要色彩均衡，饱和度适中、自然，无明显接边痕迹。
        影像的精度质量检查主要对图幅影像质量、图幅影像接边质量和影像数学精度进行检查。
        图幅影像接边质量检查主要检查相邻图幅DOM接边线两侧节点处是否有影像错位现象，观察相邻图幅DOM之间影像是否模糊、色彩是否均衡等。
        4.3数字线化图DLG生产
        采用全数字摄影测量工作站EPS工程版进行立体采集数据。要求定位准确，每个要素应赋予正确的代码、层、线型、颜色等信息。
        立体测图时注意河流、道路等线状地物拐角要求圆滑，过渡自然；正交的房子必须正交方式采集；图内完整的面状地物用相应线封闭表示；立体模型上被遮挡的要素由外业补测；数据必须经过接边处理，按照 “接西北边”的原则进行。
        地物平面位置的接边较差一般不大于地物点平面中误差的2倍，最大不得大于2.5倍。等高线高程接边较差不大于等高线高程中误差的2倍，最大不得大于2.5倍。
        各类要素按实际情况采集，原则上不进行避让。兼顾地形图制图要求，为了使地形图图面清晰，在精度允许范围内，按照“次要地物避让重要地物”的原则进行避让。
        要素接边属性应保持一致，要素关系应协调合理。地貌接边时，应遵循地貌的自然走向，不能硬接，特别是平地接边时，应注意接边后是否形成了阶梯状。如有应认真查找原因；地物接边时，应注意线状地物相接时，以相邻近的转折点相接，不应出现折线。

        图5 DLG线划
        4.4成果质量分析
        通过空中三角测量报告得到像控点的平差精度，像控点的平差精度满足限差要求后，对明显地物点进行检核，测区范围约4平方公里，检核平面点30个，最大平面误差为0.2m，检核高差点40个，最大高程差为0.17m。均满足1：2000地形图精度要求。
        5结语
        无人机摄影测量技术在矿山测绘中的技术已经成熟，其精度君可满足要求。生产的DSM数据在立体测图中操作简便、立体感强、测量精度高等特点，相比传统测绘效率高、成本低，危险性低、应用灵活等特点。无人机航空摄影测量技术在测绘方面有着很大的应用空间，相关作业人员应在应用过程中积累经验，不断提高自己的业务水平，通过无人机摄影测量技术促进地质测绘领域的自动化测量和作业外业转入内页模式。
        参考文献：
        [1]陈欣.测绘工程测量中的无人机遥感技术探究[J].研究探讨.2020.06
        [2]迟磊.无人机影像处理技术在测绘工程中的应用[J].河南建材.2020.04
        [3]侯中伟，张昭云.无人机航测在矿山测绘中的运用分析[J].世界有色金属，2018（5）.