刘涛
安徽锦淮工程勘测设计有限公司， 安徽省 芜湖市 241000
摘要：无人机航空摄影测量技术在进行矿区地形测图中具有非常重要的应用，因其具有运行成本低、工作效率高、作业风险低及分辨率高等多种优点，从而受到人们的喜爱。本文简要介绍了无人机航空摄影测量技术，论述了利用无人机，搭载非量测型相机，在地形复杂的高山矿区进行地形测量的过程和方法，评估了点位精度误差，希望能为相关领域研究人员提供借鉴。
关键词：无人机；航空摄影测量技术；矿区地形测量
引言
随着测绘技术与计算机技术的快速发展，以及一些体型小、高精度的传感器不断出现，无人机摄影测量拥有了相对成熟的技术支撑和应用基础，现已在国内得到了广泛应用。矿山地质环境治理、智慧矿山建设、无人机遥感在采煤变形监测等领域中发挥了重要作用。本文对矿区高山区地形图测绘进行了实验。
1 无人机航空摄影系统概述
1.1 无人机航空摄影系统组成
无人机指一种以无线电遥控操作或是通过系统编程而自主操控的航空器，是一种无人驾驶型飞行器，通过导航仪可以自动进行驾驶。无人机航空摄影系统主要由飞行平台、控制系统、地面控制站、飞行导航、任务荷载设备、数据传输系统、发射回收装置及地面保障系统等共同组成，通过各个系统的相互配合，从而完成无人机地理信息获取任务。
1.1.1 飞行平台
飞行平台是无人机航空摄影系统的主要部分，是无人机的主体结构，包括无人机动力系统、机身结构、相关工作部件等。飞行平台主要起到无人机航空摄影系统的拍摄载体功能，可将小型摄像机、飞行数据终端等部件的载体，接触飞行平台完成拍摄工作。
1.1.2 控制系统
无人机航空摄影系统中的控制系统主要包括导航系统、控制处理器、GPS接收设备及传感器等部件，从而对无人机飞行的轨迹进行有效控制，完成地理信息数据的拍摄工作。控制系统还能对无人机获取的数据进行保护，当无人机在进行作业的过程中发生危险情况时，能够打开应急降落伞，保护无人机的安全。
1.1.3 地面控制站
地面控制站主要包括地面监控系统、电力系统、无线遥控系统及RC接收系统等软件，对无人机的整个飞行拍摄过程进行实时监控，从而对无人机进行控制。同时也能够通过地面控制站接收无人机传来的相关地理信息数据，当无人机在飞行中遇到问题时，此系统会发出警报，从而作为预警提示。还能通过控制系统向无人机传递命令，从而改变无人机运行轨迹，实现实时监控和控制。
1.1.4 飞行导航
飞行导航主要是由GPS卫星导航定位系统和惯性测量系统组成，能够通过该系统进行无人机的飞行及记录飞行位置、轨迹信息。
1.1.5 任务荷载设备
无人机任务载荷设备主要包括数码相机及相关附属设备，既能够进行地理信息数据的获取，又具有一定的储存功能。
1.1.6 数据传输系统
数据传输系统主要由空中和地面2个部分组成，空中的数据传输设备包括无人机中的处理器、数据传输电台等，地面数据传输设备包括信息数据接收设备、接收天线等。通过数据传输系统不但能将无人机拍摄的数据传输到地面控制站中，还能对无人机飞行的数据进行传输，从而让地面工作人员对无人机进行实时监控。
1.1.7 发射回收装置
发射回收装置主要包括发射和回收2个部分，发射装置能够使无人机进行安全起飞，而回收装置主要是保证无人机能够安全降落。
1.1.8 地面保障系统
地面保障系统指在地面中对无人机运行所需要的零部件、损耗件、燃料等进行供应，从而对无人机进行作业有所保障。
1.2无人机航空射线系统特点
无人机航空射线系统具有可在复杂环境拍摄的特点，很多地方进行地理数据获取受地理环境的限制比较大，因无人机具有体型小、操作方便等优点，可对复杂的环境进行拍摄，提高工作效率。无人机成本比较低，结构简单，可不用人员进行驾驶，从而具有低风险的特点，保证了工作人员的安全。与此同时，通过无人机进行航空拍摄，可获得高分辨率的图像信息，从而可满足大比例尺地形图的绘制。
1.3 无人机航空摄影测量技术发展状况
我国在20世纪就开始了摄影测量技术的应用，新中国建立后开始了航空摄影测量技术的研究与应用。到21世纪已经将航空测绘技术应用于三维城市的地形图建模。近年来，我国已经启动了西部测绘计划，其中发挥重要作用的技术正是航空摄影测量技术。经过大量无人机测绘工程项目验证，证明了航空摄影测量技术能够有效弥补卫星遥感测绘的不足，但也有一些不足，比如易受天气原因影响精度、易被地面植被遮挡影响测绘效果等。
2 无人机航空摄影测量技术在矿区高山区地形测量中的应用
2.1 测区无人机航飞实施情况
本次任务采用德国MD4－1000四旋翼无人机，该无人机续航时间30min，最大速度6m/s，携带的航摄镜头为SONY－A5100数码相机，本研究设置航向重叠度为80%，旁向重叠度为80%，由于地形起伏比较大，选择的飞行高度为200m，飞行速度约为6m/s。总共获得了3024张图像，这些图像覆盖了2．43km2的区域。
2.2 像片控制测量
本次任务共飞行航线18条，测区内共布设像控点28个，像控点采用印制的像控标识图。1)像控点的选刺:UASMaster9．0采用全自动方式，准确快速提取连接点，从而把所有相片的同名点进行联系。然后选定哪些相片里有像控点，进行刺点，相片中间的像控点进行选刺，边缘的点舍去。刺点误差和刺孔直径均不得大于0．1mm。2)像控点整饰:在实地布设像控点时，用手机拍摄像控点周围实地背景，并在照片上记录相对应的点号名称。3)像控点观测:像控点的观测采用GPS－ＲTK模式进行测点。
2.3 全数字空中三角测量
空中三角测量，简称空三加密，根据野外少量的控制点，从而计算待求点的平面坐标和高程数值以及像片的6个外方位元素，包括3个线元素和3个角元素。全数字空中三角测量采用天宝UASMaster9．0无人机航测软件进行。在处理过程中，首先是相对定向，航线自动匹配构建自由网进行平差;然后进行绝对定向，按照外业提供的像控点成果，选刺外业控制点;最后进行区域网整体平差。
2.4 成果质量检查
将本测试区内的检查点进行了精度检验。经检验，生成的高山区DOM检查点平面中误差和高程中误差分别为0．193m和0．443m。优于《数字航空摄影测量空中三角测量规范》(GB/T23236－2009)中1∶1000比例尺(山地)在检查点平面和高程最大限值分别为0．5m和0．5m的要求。
结束语
摄影测量能瞬间获取被测物体大量物理和几何信息，并且可重复使用，容易存储。摄影测量的精度主要取决于无人机搭载的云台相机的像素的大小，随着科技的进步，云台相机像素的提高，数字近景摄影测量应用前景广泛。今后的研究中，可以进一步研究影响摄影测量精度的其他原因，比如航向重叠率与旁向重叠率、相机倾斜角度、控制点的布设位置等，从本文对矿区的地形测量精度来看，精度达到了1∶1000测图的要求，平面精度相对较好，但高程精度略有不足，这与软件本身的处理算法有关，如何改进软件使生成的模型更加精确，也是未来的研究方向之一。
参考文献
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