低空輕型無人機航測技術在礦山地形測繪中的應用探究

毛建華

（江西省勘察設計研究院，江西 南昌 330095）

隨著無人機技術、航拍技術、定位技術和圖像數據處理技術的快速發展，促進了測繪技術的飛躍發展，與傳統的測繪技術相比而言，現代化的低空輕型無人機航測技術具有明顯的優勢，不僅大量減少了人力資源，縮短了測繪周期，更是實現了數字化測繪、現代化測繪的目的，提高了測繪效率[1]。低空輕型無人機航測技術是比較常用的快速形成大比例尺數字地形圖的一種重要的手段，有效的提高了礦山地形測繪效率，提高了測繪效益。

1 低空輕型無人機的基本概況

低空輕型無人機一般指的是飛行高度小于500m的無人機，該類無人機具有較小的體積，較輕的重量和低空飛行的特點，其飛行可靠程度較高，一般采用4旋翼組成[2]。低空輕型無人機的主要技術指標一般分為兩部分，一是飛行器，主要指標包含了無人機的重量、最大水平飛行速度（可達50km/h）、最大飛行時間（約30min）、可承受最大風速（10m/s）、工作環境的溫度（0℃～40℃）；二是傳感器及鏡頭，傳感器和鏡頭直接影響著航拍影像的質量，因此，在低空輕型無人機中一般采用2000萬像素的影像傳感器和8.8mm的焦距。此外，低空輕型無人機與其他無人機相比而言，具有明顯的優勢，主要表現在以下幾個方面：一是輕型無人機的成本極低，價格遠小于其他無人機；二是低空輕型無人機重量輕，體積較小，便于攜帶，其安裝步驟也極為簡單，安裝所需時間也極少；三是低空輕型無人機的操作步驟極為簡單，不需要經過專業的培訓，并具有自動起飛、拍攝、返航、降落的特征，即自動化程度極高；四是低空輕型無人機降落的場所要求低，僅幾平方米的范圍可以滿足該類無人機的起飛與降落。低空輕型無人機因具有上述優越的條件，在礦山地形測繪中具有廣泛的應用前景。

2 低空輕型無人機航測技術在礦山地形測繪中的應用

2.1 低空輕型無人機航測技術外業作業流程

通常來說，礦山地形測繪工作分為內業和外業兩部分，外業測繪工作是整個礦山地形測繪工作的主體，外業的測繪質量也影響著后期室內數據處理的質量。因此，在外業測繪過程中要嚴格按照相關規范規定執行，將可能的影響因素排除或者盡可能的較低不良因素的影響。

外業測繪的流程見圖1。

圖1 低空輕型無人機航測技術外業作業流程示意圖

2.2 外業航空攝影的設計

外業航空攝影的設計工作是根據低空輕型無人機的基本特征，按照無人機的飛行狀況結合需測繪區域的地形地貌狀況而制定的，如某礦山根據礦山海拔特征，可劃分為3個攝影分區；飛行高度設計為420m，地面分辨率為0.11cm，航線沿礦山范圍中線布置，其角度為155°，設定無人機飛行速度為10m/s，攝像速度為1/1000s，采用航點懸停拍照模式，根據礦山面積計算出航線的總長度，并計劃拍攝208張相片。

2.3 外業航空攝影

外業航空攝影相片的質量高低是制約測繪總體質量的重要影響因素，因此，為了提高航空攝影相片的質量，必須保證低空輕型無人機的飛行質量，根據前文該類無人機特征可知，低空輕型無人機受天氣變化影響較大，因此，一般選擇天氣晴朗、大氣透明度高、飛速極為緩慢的時間執行計劃，通常情況下，中午時分為每天較好的飛行時間段。此外，在飛行過程中要嚴格按照事先設計好的飛行分區進行，在完成飛行任務之后，要及時對相片的位置、數量和拍攝質量等開展檢查工作，對于不符合要求的相片，要及時補拍，保證最終獲得的相片質量可以滿足礦山測繪的基本要求。

2.4 外業像控點布置與測量

像控點的布設是提高航空測繪質量及精度的有效措施，一般按照區域網四角布設平高控制點，并按照一定的間距和航向、旁向重疊的方式布設4條～5條基線[2]。此外，在不同分區影像的結合部位也需要布設相應的像控點，而檢查點一般均勻的布設在礦山范圍內。如某礦區根據礦山面積和航測分區共布設平高控制點14個，檢查點12個。

2.5 內業中地形數據的采編

在完成上述外業操作的基礎上進行內業地形數據的采編工作，在此之前，需要進行空中三角測量工作，計算外業拍攝影像的平面坐標，在處理平臺中完成各個像片的拼接工作，并完成同名像點的轉點、粗差剔除、像控點聯測、區域網約束平差、校正等工作，盡可能的消除相機畸變參數，使其滿足礦山地形圖比例尺的基本精度要求。在完成空中三角測量數據處理的基礎上，將處理后的數據導入MapMatrix4.2軟件，進行內定向、相機畸變、去測平均高程等參數的建立工作，并進行礦山地形數據的采編工作[3]。采編工作完成之后，根據自動生成的礦山地形圖中所表達的內容進行檢查，對發現的問題及時處理，并進行外業調繪工作，調繪完成后再經過上述步驟的操作生成地形圖，直至將地形圖中的錯誤逐一調整后，生成最終的地形圖。此外，低空輕型無人機受天氣影響較大，因此，在無人機飛行過程容易出現飛機飛行不平衡等現象，導致相機存在畸變，降低分辨率等問題。為了有效的提高低空輕型無人機的飛行質量，可選擇天氣好、風力較小的時間段進行。由于低空輕型無人機的飛行時間和飛行高度受限較嚴重，因此，在飛行過程中一般采用分區飛行的方式進行航測，可以有效的提高飛行質量。

3 結語

綜上所述，本文以低空輕型無人機為研究對象，講述了該類無人機的基本特征，并結合某礦山地形測繪工作，講述了低空輕型無人機在礦山地形測繪中的應用，分析了該類無人機在礦山測繪中的操作步驟及注意事項，與傳統的測繪技術和其他無人機測繪技術相比，低空輕型無人機航測技術具有操作簡便、成圖快、成本低的特點，且該類無人機更適用于山區復雜的地形地貌區域，具有較廣闊的應用前景。