何復(fù)亮，李國橋

（1.江西省中核測繪院，江西 南昌 330006；2.廣東繪宇智能勘測科技有限公司，廣東 廣州 510000）

對于礦區(qū)測量技術(shù)而言，與地形測量工作具有一定的相似性，所以，無人機(jī)航空攝影技術(shù)能夠在礦區(qū)測量作業(yè)中取得良好效果，并大幅度提升測量工作效率。在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行測量作業(yè)后，可以在較短時(shí)間內(nèi)獲取更多礦區(qū)內(nèi)的地質(zhì)信息，并且這些信息的準(zhǔn)確性更高，礦區(qū)測量工作效果更佳。因此，需要針對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行更加深入的分析，為礦區(qū)位置的測量技術(shù)應(yīng)用提供更為有效的保障，促進(jìn)礦區(qū)測量事業(yè)的發(fā)展。

1 無人機(jī)航測技術(shù)簡述

1.1 無人機(jī)航測工作原理

將具有三維特征的物體進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使其成為二維影像的過程即為攝影，但是，攝影測量技術(shù)具有與之相反的過程，在使用無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行航測的過程中，需要借助無人機(jī)設(shè)備，并為其搭載專門的相機(jī)進(jìn)行像片拍攝，在經(jīng)過系統(tǒng)的建模算法處理后，可以獲得被拍目標(biāo)攝物體的最終形狀、時(shí)空位置等諸多方面的物理特征信息。

當(dāng)無人機(jī)攝影設(shè)備作為遙感平臺(tái)的終端設(shè)備時(shí)，可以在航空立體拍攝成像時(shí)進(jìn)行及時(shí)處理，并且當(dāng)飛機(jī)本身攜帶的非量測數(shù)碼相機(jī)中沿已經(jīng)設(shè)定好的各種航線獲取信息，同時(shí)還可以保證垂直于被攝目標(biāo)物體的對應(yīng)航空像片，當(dāng)兩者在相隔一段距離時(shí)，被拍攝物體在不同時(shí)間和位置展現(xiàn)出的圖片效果不同，可以借此構(gòu)成更為具體的立體像，進(jìn)而利用拍攝到的所有數(shù)據(jù)信息完成目標(biāo)物體的立體模型，在此之后可以借助專門的內(nèi)業(yè)處理軟件進(jìn)行分析，最終得到自己所需各種的DEM檢測結(jié)果、數(shù)字正射影像結(jié)果與數(shù)字線劃圖等關(guān)鍵信息。

1.2 航空攝影測量作業(yè)流程

在使用無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行航空攝影測量作業(yè)時(shí)的流程圖詳情如圖1所示：

2 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)分析

（1）在使用無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行航空攝影測量作業(yè)時(shí)，該技術(shù)能夠?yàn)楝F(xiàn)場的測量工作人員提供更為準(zhǔn)確的地理信息，并且攝影得到的所有數(shù)據(jù)精確性極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)測量方式得出的信息數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。在此期間，礦區(qū)現(xiàn)場的測量工作人員可以運(yùn)用這種測量方法展開更加系統(tǒng)的、全面的測量工工作，并充分利用各項(xiàng)圖像數(shù)據(jù)信息，施行對所得數(shù)據(jù)的三維轉(zhuǎn)化處理，進(jìn)而為后續(xù)階段的三維建模工作提供可靠依據(jù)，保證建模精準(zhǔn)度，保證模型具備參考價(jià)值。

（2）在使用這項(xiàng)測量技術(shù)進(jìn)行測量作業(yè)時(shí)，能夠大幅度減輕現(xiàn)場測量人員的總體工作強(qiáng)度，緩解礦區(qū)內(nèi)工作人員面對的實(shí)際壓力。在應(yīng)用無人機(jī)攝影技術(shù)進(jìn)行測量的過程中，現(xiàn)場的測量人員可以對無人機(jī)攝影設(shè)備進(jìn)行合理控制，將無人機(jī)設(shè)備放置于垂直或傾斜狀態(tài)，并在此時(shí)完成相應(yīng)攝影任務(wù)，攫取目標(biāo)信息，在這樣的測量模式下，可以大幅度減少現(xiàn)場測量工作人員面對的工作壓力，并減少人工參與比例，保證測量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的同時(shí)，減少人工作業(yè)誤差[1]。在此期間，礦區(qū)現(xiàn)場內(nèi)的所有測量人員還需要科學(xué)設(shè)定自己的無人機(jī)設(shè)備飛行路線，保證自己的航攝內(nèi)容具有針對性，同時(shí)還可以保證各項(xiàng)測量數(shù)據(jù)的代表性，在攝影測量工作完成后，可以將所得數(shù)據(jù)作為根本參考信息，展開更加細(xì)致的分析與控制，工作效果更佳。

3 工程實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目概況簡介

某礦區(qū)位于山西大同，待測區(qū)域的地勢總體呈西高東低走勢，并且目標(biāo)地域的地形和地貌十分復(fù)雜，主要結(jié)構(gòu)為高山，同時(shí)還有較多地勢起伏較大的丘陵地區(qū)，對應(yīng)的煤田區(qū)域位于山西的西北部、呂梁山北部、四周環(huán)山，西北面是牛心山，西面是西石山,西南面是洪濤山，東面是加泉山,東北面是雷公山，可謂眾山環(huán)繞。待測地域的海拔最高與海拔最低差為200m，山體平均高度為1470m，并且絕大部分的地面坡度處于6°～25°之間，均屬于山地。其中，此次主要測繪任務(wù)為航空攝影任務(wù)，并由空三加密DEM、DOM生成[2]。

此次測量工作中的無人機(jī)航測系統(tǒng)配備搭載的相機(jī)型號為SONY-A5100，此相機(jī)拍攝質(zhì)量極高，能夠在移動(dòng)過程中獲取像素為2400萬標(biāo)準(zhǔn)的照片，并且清晰度極高。

3.2 測區(qū)內(nèi)無人機(jī)航飛實(shí)施情況分析

此次航測任務(wù)的無人機(jī)設(shè)備為德國MD4-1000四旋翼無人機(jī)，此無人機(jī)的飛行續(xù)航時(shí)間在30min左右，最高飛行速度可達(dá)6m/s，機(jī)身可攜帶航攝鏡頭為SONY-A5100數(shù)碼相機(jī)。

在此次研究活動(dòng)中，航向重疊度設(shè)定為80%，航向旁向重疊度設(shè)定為80%，因?yàn)榇郎y區(qū)域內(nèi)的地形起伏比較大，所以飛行高度設(shè)定為200m，無人機(jī)設(shè)備飛行速度設(shè)定為6m/s。在航攝期間，累計(jì)獲得圖像3024張，圖像覆蓋有效范圍為2.43km2。

3.3 相片控制測量

此次礦區(qū)測量任務(wù)共設(shè)定18條飛行航線，礦區(qū)測區(qū)內(nèi)累計(jì)布設(shè)像控點(diǎn)28處，像控點(diǎn)以印制成的像控標(biāo)識圖為主。

（1）像控點(diǎn)選擇：對于UASMaster9.0設(shè)備，將其設(shè)定為全自動(dòng)方式，這樣可以更加準(zhǔn)確、快速的提取到目標(biāo)連接點(diǎn)信息，并把所有同名點(diǎn)的照片信息進(jìn)行直接關(guān)聯(lián)，在此之后，則可以對選定后的所有相片進(jìn)行集中處理，并將像控點(diǎn)、進(jìn)行點(diǎn)等相片中間位置的像控點(diǎn)進(jìn)行集中選刺，并將邊緣位置的點(diǎn)舍去。

（2）相機(jī)像控點(diǎn)整飾處理：對于礦區(qū)內(nèi)的實(shí)地布設(shè)像控點(diǎn)而言，在控點(diǎn)過程中可以使用用手機(jī)設(shè)備完成拍攝任務(wù)，此時(shí)的像控點(diǎn)位置周邊均為實(shí)地背景，并且在照片上的對應(yīng)位置進(jìn)行記錄，并保證相對應(yīng)點(diǎn)號的位置與時(shí)間名稱準(zhǔn)確性。

（3）像控點(diǎn)觀測處理：對于像控點(diǎn)位置的觀測任務(wù)，需要使用GPS-RTK模式完成測點(diǎn)任務(wù)，此間需要保證所有的點(diǎn)位信息準(zhǔn)確性，保證觀測點(diǎn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確性，在將所有關(guān)鍵信息進(jìn)行統(tǒng)一處理后，則可以開始對像控點(diǎn)進(jìn)行觀測處理，并保證最終觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

3.4 全數(shù)字空中三角測量分析

對于空中三角測量而言，又被稱之為空三加密，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，需要根據(jù)野外測量區(qū)域范圍內(nèi)的實(shí)際情況進(jìn)行合理布設(shè)，保證少量控制點(diǎn)能夠?qū)λ写郎y點(diǎn)做出有效覆蓋，同時(shí)將此作為最終計(jì)算任務(wù)的待求點(diǎn)信息，再加上待求點(diǎn)對應(yīng)的平面坐標(biāo)位置與高程數(shù)值之間存在直接聯(lián)系，并且攝影所得像片中的6個(gè)不同外方位元素同樣處于一致狀態(tài)，分別包括3個(gè)不同的線元素以及3個(gè)不同的角元素。

在全數(shù)字空中三角測量作業(yè)中，本次測量任務(wù)將天寶UASMaster9.0號無人機(jī)航測軟件作為核心計(jì)算軟件，在對關(guān)鍵數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行統(tǒng)一處理的過程中，第一件任務(wù)是明確相對定向，此時(shí)航線可以自動(dòng)匹配到對應(yīng)的構(gòu)建自由網(wǎng)信息系統(tǒng)中，并展開相應(yīng)平差計(jì)算處理，得出最終值，然后以此作為航攝作業(yè)的執(zhí)行指令。在實(shí)際測量中的空三加密流程詳情如圖2所示：

圖2 空三加密流程圖

3.5 成果質(zhì)量檢查

將此次測試區(qū)內(nèi)的所有檢查點(diǎn)進(jìn)行精度檢驗(yàn)，詳情如表1所示。

表1 DOM精度檢驗(yàn)

經(jīng)過系統(tǒng)檢驗(yàn)后，可知生成與高山區(qū)位置的DOM檢查點(diǎn)信息在平面中的實(shí)際誤差與高程中誤差數(shù)值分別為0.193m和0.443m，因此，最終得出的數(shù)值均優(yōu)于《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》(GB/T23236-2009)中提出的1：1000比例尺，其中，礦區(qū)中的山地位置在檢查點(diǎn)的平面數(shù)值與高程最大限值數(shù)據(jù)分別為：0.5m和0.5m，能夠充分滿足測量任務(wù)要求。

3.6 外業(yè)航攝測量要點(diǎn)

與此前階段的常規(guī)測量技術(shù)進(jìn)行對比，這種無人機(jī)航拍測量技術(shù)在工作效率方面具有非常突出的使用優(yōu)勢，并且在測量速度方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)測量作業(yè)模式。但是，在航攝測量作業(yè)受到來自外部地形條件的影響或者所在地的氣候環(huán)境出現(xiàn)變化后，此時(shí)的無人機(jī)航攝設(shè)備便無法實(shí)現(xiàn)對待測區(qū)域內(nèi)的所有地點(diǎn)的全面數(shù)據(jù)信息采集，在這樣的情況下，需要由現(xiàn)場的測量人員進(jìn)行人工測量作業(yè)，用人工測量方式對外業(yè)測量工作無法覆蓋的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)測，并將人工測量結(jié)果與無人機(jī)航攝結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一處理，此時(shí)的最終測繪結(jié)果具有更為精準(zhǔn)的借鑒作用。因此，可以將最終測量數(shù)據(jù)作為計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)參考值，并展開計(jì)算，進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)。由于此次測區(qū)內(nèi)的礦區(qū)形較非常復(fù)雜，所以，在實(shí)際測量過程中工作難度較高，不僅會(huì)受到來自外部環(huán)境的影響。因此，所有的現(xiàn)場測量人員都需要針對測區(qū)內(nèi)的各個(gè)部分隱蔽區(qū)域進(jìn)行人工測量，借助全站儀設(shè)備完成相應(yīng)的補(bǔ)測工作，然后再利用激光測距儀或鋼尺設(shè)備進(jìn)行交會(huì)法處理，完成量測任務(wù)，進(jìn)一步提高人工測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，并保證人工測量角度的完整性和全面性。

保證補(bǔ)測區(qū)域內(nèi)的人工測量結(jié)果有效性，需要結(jié)合在此前拍攝的信息數(shù)據(jù)圖，找出問題區(qū)域的具體位置，并利用更加先進(jìn)的人工補(bǔ)測技術(shù)，全面提升各項(xiàng)測量數(shù)據(jù)的規(guī)范性。在對人工測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理的過程中，還需要以內(nèi)業(yè)測圖作為基本核心，分別對各項(xiàng)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)展開全面的校驗(yàn)處理，借此保證所有測量數(shù)據(jù)均能夠與地理信息相對應(yīng)，保證測量結(jié)果的精確性。

3.7 三角測量要點(diǎn)

三角測量，即借助數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對已經(jīng)獲得各項(xiàng)測量數(shù)據(jù)的地點(diǎn)展開綜合計(jì)算處理，此時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以在運(yùn)行過程完成相應(yīng)計(jì)算任務(wù)，有效減少人為干預(yù)造成的不利影響，同時(shí)還可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成所有定向工作，不會(huì)對測量工作進(jìn)度造成不利影響。在建設(shè)區(qū)域網(wǎng)后，還需要保證多個(gè)模型之間的穩(wěn)定連接效果。在實(shí)際操作階段，礦區(qū)現(xiàn)場中的測繪工作人員，需要根據(jù)軟件系統(tǒng)在運(yùn)行期間的總體需求，科學(xué)選擇各項(xiàng)待測地點(diǎn)的最終參數(shù)，并將所有的有效數(shù)據(jù)信息輸送至計(jì)算軟件中，然后利用區(qū)域網(wǎng)平差優(yōu)化技術(shù)完成對關(guān)鍵數(shù)據(jù)的處理，即可完成測量任務(wù)。最后，還需要對三角測量數(shù)據(jù)的最終成果進(jìn)行精確性檢測，保證測量結(jié)果有效。

3.8 測量注意事項(xiàng)

（1）充分結(jié)合礦區(qū)內(nèi)測區(qū)所在地點(diǎn)的實(shí)際狀況，并在航空攝影處于測量作業(yè)狀態(tài)時(shí)完成控制任務(wù)，此時(shí)在現(xiàn)場中的測量人員，還需要對得出的最終數(shù)據(jù)加以比對和校正作用。為進(jìn)一步防止發(fā)生數(shù)字化相片邊緣問題導(dǎo)致的變形現(xiàn)象，礦區(qū)內(nèi)的測量人員還需要在實(shí)際測量期間針對數(shù)字影像加以科學(xué)校正，并保證對各項(xiàng)航拍設(shè)備的參數(shù)設(shè)定準(zhǔn)確性，確保后續(xù)階段的全方位檢查作業(yè)效果。

（3）結(jié)合礦區(qū)檢測范圍內(nèi)的實(shí)際情況，選定自動(dòng)化操作模式，然后可以利用更加先進(jìn)的信息處理系統(tǒng)，對所有定向點(diǎn)信息進(jìn)行合理分配，當(dāng)設(shè)備能夠充分滿足測區(qū)提出的閣下那個(gè)測量精度要求后，可以適當(dāng)減少錯(cuò)誤測量數(shù)據(jù)輸出。與此同時(shí)，為達(dá)到提升測圖質(zhì)量的目的，現(xiàn)場的工作人員還需對加密數(shù)據(jù)進(jìn)行最終的歸檔處理，在第一時(shí)間完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，避免發(fā)生數(shù)據(jù)遺漏問題。

4 結(jié)語

綜上所述，在使用航空攝影測量技術(shù)后，可以在瞬間獲取目標(biāo)物體（即被測物體）的大量物理信息和幾何數(shù)據(jù)，并且還可以將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)利用，具有容易存儲(chǔ)的優(yōu)勢。攝影測量工作的精度，主要由無人機(jī)設(shè)備搭載的云臺(tái)相機(jī)像素大小決定。在現(xiàn)代科技不斷進(jìn)步的背景下，云臺(tái)相機(jī)本身的像素也在不斷提高，并且數(shù)字近景攝影測量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也在變得越發(fā)廣泛。在這樣發(fā)展背景下，礦區(qū)測量工作可以采取設(shè)定進(jìn)一步的研究目標(biāo)，將影響攝影測量數(shù)值精度的所有其他原因進(jìn)行一一排除，此外，不斷提升軟件處理算法的科學(xué)性，持續(xù)改進(jìn)軟件計(jì)算系統(tǒng)，使其生成的模具備更高的精確性，這也屬于礦區(qū)在未來階段的主要研究方向之一。