楊靜亞

(廣東韶關(guān)凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關(guān)市 512325)

0 前 言

近些年，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，紙質(zhì)版地圖和文本資料已不能滿足生產(chǎn)的要求，因此，電子地圖在日常工作和生活得到了廣泛的應(yīng)用。凡口鉛鋅礦建礦至今已有六十多年，目前尚未有礦區(qū)電子地圖，對于一些重要地理和水文資料、水管網(wǎng)線路及供電線路以及設(shè)備設(shè)施信息，長期都依靠員工的口口相傳和檔案記錄，水管網(wǎng)線路及供電線路以圖紙形式保存，在供電線路維護及管路維護依照圖紙巡檢，形式抽象且需要很長時間熟悉，隨著部分員工的退休和部分檔案的遺失，一些重要參數(shù)和設(shè)備情況也變得不得而知。所以，在礦區(qū)推廣電子地圖并將其應(yīng)用到各個生產(chǎn)單位，對重要信息記錄、存檔、展示越發(fā)重要。

為了獲得凡口地區(qū)的高精度 2D 地圖，決定采用無人機航拍、測繪等手段獲得原始資料，并基于GIS技術(shù)進行圖像和數(shù)據(jù)處理，將水電線路標(biāo)注到電子地圖上，形成擁有知識產(chǎn)權(quán)和版權(quán)的電子地圖，建設(shè)水電網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)，并將電子地圖推廣至各地面生產(chǎn)單位，根據(jù)各單位的實際情況加以運用。

1 無人機測繪

傳統(tǒng)的地形測繪是采用大飛機搭載攝像機進行航拍作業(yè)，大飛機對起降場要求嚴(yán)格，需要報批空管，手續(xù)復(fù)雜。而且受飛行安全和拍攝能見度的限制，對天氣的依賴度很高，對于部分復(fù)雜的環(huán)境無法勝任。無人機測繪技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國家生態(tài)環(huán)境保護、礦產(chǎn)資源勘探、海洋環(huán)境監(jiān)測、土地利用調(diào)查以及廣告攝影等領(lǐng)域，有著廣闊的市場需求。但是將無人機測繪獲得的電子地圖與生產(chǎn)實際相結(jié)合是比較新的研究領(lǐng)域。

無人機測繪是遙感領(lǐng)域用于地形測繪的新興技術(shù)，它機身小巧、結(jié)構(gòu)簡單，地面站規(guī)劃航線自主飛行拍攝，可靈活應(yīng)對整個航攝工作，飛行系統(tǒng)升空準(zhǔn)備時間短，操作簡單，運輸便利。車載系統(tǒng)可迅速到達監(jiān)測區(qū)附近設(shè)站，可進行云下飛行。而且無人機在 1000 m以下相對高度飛行，空域申請便利，降低了對天氣條件的要求。可就地起降，使用成本低，對復(fù)雜的野外測繪環(huán)境有很好的適應(yīng)力，可以在陰云天氣攝影。不僅可以完成傳統(tǒng)飛機的航攝任務(wù)，而且可以進入傳統(tǒng)手段無法覆蓋到的領(lǐng)域。具有高分辨率圖像和高精度定位數(shù)據(jù)獲取能力，系統(tǒng)可獲取超高分辨率數(shù)字影像和定位數(shù)據(jù)，并可針對特殊監(jiān)測目標(biāo)搭載全色波段、單波段、多波段等傳感器，并可進行多角度攝影。系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)快速處理、應(yīng)用分析以及與其他數(shù)據(jù)源的快速融合處理功能。

2 方案概述

凡口鉛鋅礦電子版地圖的形成分3個步驟。前期對礦區(qū)主體部分進行航拍和測繪，中期對供電線路、供水管路、尾礦管、尾礦庫等進行航拍和測繪，形成 2D 版地圖后期對電子地圖進行高分辨率重建、瑕疵修復(fù)及水電管網(wǎng)和線路標(biāo)注。精度范圍達到0.1～0.5 m，滿足 1∶500， 1∶1000， 1∶2000 等成圖要求。本項目的技術(shù)指標(biāo)為：第一，在繪制礦區(qū)高分辨率平面地圖時，需要在此地圖上繪制等高線，同時為方便水電進行管路管理及供電線路維護，須在此地圖上標(biāo)注水電管網(wǎng)及供電線路。第二，電子地圖支持大屏的形式展現(xiàn)凡口鉛鋅礦礦區(qū)實際地理位置和布局。第三，電子地圖可詳細標(biāo)注礦區(qū)供電線路和供水管路的走向及主要設(shè)備設(shè)施的詳細資料信息，有助于礦區(qū)供電風(fēng)險及供水風(fēng)險的管控和資料查詢工作。第四，地圖查看可自由放大和縮小，分辨率最大支持 1∶500。第五，地圖支持分類別查看，如只查看地圖、只查看水管路圖、只查看供電線路圖等。第六，支持地圖打印與電子檔導(dǎo)出。最終實現(xiàn)此份電子地圖能為礦山水電網(wǎng)管理和主要設(shè)備設(shè)施管理服務(wù)，獲得更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

本項目采用無人機低空攝影測量系統(tǒng)，該主要由無人機飛行平臺、高分辨率數(shù)碼傳感器、定位與自動駕駛系統(tǒng)及影像處理系統(tǒng)等4個部分組成，同時配合無人機的運輸及操控的便利性，還包括相應(yīng)的地面運輸及測控設(shè)備。圖1是無人機低空攝影測量的平臺框圖，其中地面站可以由電腦代替。

圖1 航拍系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

無人機采用賽爾的 FIX-1 固定翼無人機，主要硬件參數(shù)為電池續(xù)航 55 min，空機重量 2 kg，可載重 0～2 kg，有效作業(yè)半徑 5 km。技術(shù)方案詳細內(nèi)容如下：

(1) 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，分析凡口礦地圖測繪要求，如地圖測繪范圍，等高線精度要求，設(shè)計電子地圖測繪方案，并就相關(guān)人員確認需求。

(2) 準(zhǔn)備地圖測繪工作包括地面參考點設(shè)置，根據(jù)天氣定制地圖航拍計劃。

(3) 圖像數(shù)據(jù)采集與分析，按測繪航拍計劃拍攝，收集拍攝圖像時的飛行參數(shù)，分析飛行參數(shù)及圖像，對圖像進行相應(yīng)的圖像處理，如校正和去噪，根據(jù)區(qū)域進行圖像修剪，完成拼圖任務(wù)。

(4) 繪制等高線，根據(jù)各個模塊圖片對應(yīng)的飛行數(shù)據(jù)，繪制等高線，結(jié)合實際測繪進行數(shù)據(jù)校對。

(5) 硬件安裝，地圖瀏覽主機(含顯示器)，網(wǎng)絡(luò)輔件(交換機，網(wǎng)線)及其它輔件。

(6) 軟件系統(tǒng)開發(fā)與調(diào)試，開發(fā)電子地圖瀏覽軟件，支持放大和縮小，支持局部放大，支持電子地圖線路分類查看，簡單標(biāo)注功能等。

3 存在的問題

在實際應(yīng)用中，采用無人機進行航拍，形成電子地圖，在效果可以接受的情況下，成本最低。但無人機測繪普遍存在著下列幾個問題需要解決：

(1) 飛行姿態(tài)不穩(wěn)定，很難控制，飛控子系統(tǒng)是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設(shè)備3大部分，實現(xiàn)的功能主要有無人機姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制3大類。其中，機身大量裝配的各種傳感器(包括角速率、姿態(tài)、位置、加速度、高度和空速等)是飛控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是保證飛機控制精度的關(guān)鍵，在不同飛行環(huán)境下、不同用途的無人機對傳感器的配置要求也不同。因此如何確保飛控系統(tǒng)的準(zhǔn)確控制及穩(wěn)定控制是問題的關(guān)鍵。

(2) 續(xù)航時間短，無人機目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發(fā)動機，但活塞式只適用于低速低空小型無人機；消費級微型無人機一般使用電池驅(qū)動的電動機，起飛質(zhì)量不到 100 g、續(xù)航時間小于 30 min。如何確保無人機能長時間續(xù)航，在空中一次完成航拍任務(wù)，確保后期圖像合成質(zhì)量，是難點之一。

(3) 間接地理參考工作量大，航拍后需要根據(jù)航拍數(shù)據(jù)繪制電子地圖等高線，此部分測繪工作量很大。

(4) 測繪中高程精度不夠，需布設(shè)太多像控點，在測繪工作開始前需要在測繪區(qū)域布設(shè)參考點，工作量較大。

(5) 無法提供像控為 1∶500 的精度，當(dāng)前無人機測繪領(lǐng)域很難達到精度為 1∶500的電子地圖，因此在無人機飛行高度參數(shù)、相機分辨率參數(shù)等設(shè)備選型時需要注意，如何拼出 1∶500 的高精度地圖也是研究重點之一。

(6) 根據(jù)電子地圖、水電車間管網(wǎng)線路圖及供電線路圖，實地考察，測繪，在軟件中設(shè)計管路分布及供電線路分布，此部分測繪工作量較大。

4 小 結(jié)

標(biāo)注了水電線路的電子地圖不僅僅可以為水電車間日常管理維護工作提供便利，同時可通過大屏的形式展現(xiàn)凡口鉛鋅礦實際地理位置和布局，逐步替代沙盤，更加形象直觀?？稍敿殬?biāo)注礦區(qū)土地范圍和采礦區(qū)域范圍，協(xié)助工農(nóng)辦處理周邊農(nóng)村土地糾紛?？稍敿殬?biāo)注礦區(qū)重要建筑物(主井、副井、廠房、辦公樓等)和民用建筑，方便建安公司和房產(chǎn)辦的資料管理工作?？稍敿殬?biāo)注礦區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)單位重要固定資產(chǎn)及資料文獻，有助于固定資產(chǎn)管理工作?？稍敿殬?biāo)注選礦廠尾礦管、泵站及尾礦庫的走向并錄入真實數(shù)據(jù)，有助于公司對其安全管控和資料查詢?？稍敿殬?biāo)注礦區(qū)供電線路和供水管路的走向及設(shè)備設(shè)施的詳細資料信息，有助于礦區(qū)供電風(fēng)險及供水風(fēng)險的管控和資料查詢工作?？稍敿殬?biāo)注歷年來礦區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)和水文信息，有助于礦區(qū)探礦找礦和防洪防汛工作。電子地圖形成之后，可將其推廣到各個生產(chǎn)單位，并根據(jù)各單位實際情況靈活應(yīng)用，完善其具體職能工作，助力于礦區(qū)安全生產(chǎn)。