李明慧，張世貝

(青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810001)

近年來，我國的遙感技術(shù)發(fā)展情況極佳，在衛(wèi)星遙感和大飛機(jī)遙感之后，發(fā)展出了一項(xiàng)新的在實(shí)踐中發(fā)揮著重大作用的航空遙感技術(shù)——無人機(jī)航測遙感，這項(xiàng)遙感技術(shù)可應(yīng)用到應(yīng)急測繪的保障工作當(dāng)中，也可以用于國土資源的監(jiān)測以及比較重大的工程建設(shè)工作當(dāng)中，提高了進(jìn)行這些工作的效率問題[1]。無人機(jī)航測遙感技術(shù)可以適用到比較廣泛的地形類型當(dāng)中，同時可以將所監(jiān)測到的影像實(shí)時傳輸?shù)较鄳?yīng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備當(dāng)中，在高危地區(qū)等人們不能靈活出入的地方也需要運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行探測，兼具成本低和效率高的優(yōu)點(diǎn)，靈活度也比較高，在復(fù)雜地形的探測工作中具有獨(dú)特的優(yōu)越性，在進(jìn)行科研工作以及實(shí)際操作的過程當(dāng)中，無人機(jī)航測技術(shù)發(fā)展成為一種應(yīng)用比較廣泛的航空遙感技術(shù)。

1 無人機(jī)航測技術(shù)基本理論

無人機(jī)航測遙感技術(shù)在上個世紀(jì)的二十年代就已經(jīng)稍現(xiàn)雛形，在近些年來，人類的科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，在無人機(jī)的領(lǐng)域進(jìn)行了更多的發(fā)展，使這項(xiàng)技術(shù)逐漸走入了人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中，且不斷根據(jù)人們的需求將這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的更加完美，對其應(yīng)用和職能范圍的提升做出了巨大貢獻(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，有一些需要測繪的區(qū)域比較小，飛行也比較困難，采用人機(jī)航測的方式比較容易發(fā)生事故，就需要采用具有高分辨率采相功能且獲取速度比較快的無人機(jī)航測遙感技術(shù)。這主要是因?yàn)樵诋?dāng)前階段，無人機(jī)航測技術(shù)和數(shù)碼技術(shù)均得到了較大的發(fā)展，在獲取空間數(shù)據(jù)的過程當(dāng)中發(fā)展前景一片光明[2]。

2 無人機(jī)航測的項(xiàng)目任務(wù)

在進(jìn)行無人機(jī)航測的項(xiàng)目任務(wù)制定時，需要對所航測礦山區(qū)域的地形情況和區(qū)域內(nèi)的海拔情況進(jìn)行深入的了解，并結(jié)合這兩項(xiàng)指標(biāo)來進(jìn)行航測方案的制定，選擇準(zhǔn)確度較高的航測技術(shù)和最佳的航測路線來展開工作，從而在盡可能短的時間內(nèi)收集到最為準(zhǔn)確的礦山區(qū)域測繪數(shù)據(jù)。這一點(diǎn)在對青海地區(qū)某礦山區(qū)域進(jìn)行測繪時發(fā)揮了巨大的作用，通過對青海地區(qū)的地形情況和區(qū)域內(nèi)的海拔情況進(jìn)行了解，結(jié)合青海地形圖和海拔分布制定了相應(yīng)的航測方案，航測工作進(jìn)行得十分順利[3]。

在礦山區(qū)域進(jìn)行開發(fā)施工的工作時，需要以無人機(jī)航測項(xiàng)目作為獲取礦山區(qū)域測繪數(shù)據(jù)并根據(jù)所測的數(shù)據(jù)來擬定最佳施工方案的前提條件，無人機(jī)航測項(xiàng)目會對整個開發(fā)施工工程的操作方向形成絕對控制。

3 無人機(jī)航測的優(yōu)點(diǎn)

在將無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用到礦山區(qū)域測繪的實(shí)踐當(dāng)中時，發(fā)現(xiàn)了無人機(jī)航測技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)，相對于傳統(tǒng)的人機(jī)航測技術(shù)來說，無人機(jī)的適用范圍更廣，在進(jìn)行影像傳輸?shù)倪^程中所消耗的時間極短，甚至可以達(dá)到即時傳輸，節(jié)省了大量的時間資源和人力資源，是一種比較經(jīng)濟(jì)的航測方法，比較適合采用中比例尺來進(jìn)行測繪工作。在此次研究當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)航測的優(yōu)勢性條件主要可以體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

3.1 應(yīng)急能力極佳

在利用無人機(jī)航測遙感技術(shù)進(jìn)行礦山測繪的過程當(dāng)中，其可以根據(jù)實(shí)踐中所遇到的情況進(jìn)行針對性的應(yīng)急處理，對突發(fā)事件的處理工作比較到位，在起飛和降落時，所需要的場地面積比較小，節(jié)省了大量的時間、空間和經(jīng)濟(jì)成本。

3.2 作業(yè)時間短

在利用無人機(jī)航測遙感技術(shù)進(jìn)行礦山測繪的過程當(dāng)中，因無人機(jī)所飛行的高度在1 000 m以下，所以在進(jìn)行測繪工作的過程當(dāng)中，不需要向相關(guān)部門進(jìn)行飛行申請，可以直接進(jìn)入飛行狀態(tài)，因減少申請環(huán)節(jié)，在一定程度上縮短了作業(yè)的時間。

3.3 收集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高

在利用無人機(jī)航測遙感技術(shù)進(jìn)行礦山測繪的過程當(dāng)中，無人機(jī)的工作條件要求比較寬松，飛行高度也比較低，這兩種情況都可以加強(qiáng)其工作效果，在航測測繪的過程中采集到分辨率極高的影像數(shù)據(jù)資料，所得到的數(shù)據(jù)以兩個比例尺來出現(xiàn)，分別是1∶1 000和1∶500，都比較大，提升了所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

3.4 操作簡單便捷

在利用無人機(jī)航測遙感技術(shù)進(jìn)行礦山測繪的過程當(dāng)中，因?yàn)闊o人機(jī)不需要載操作人員，所以其較以前采用的航空攝影設(shè)備來說，在外形上比較輕巧，操作的過程中比較簡單，在攜帶與運(yùn)輸設(shè)備時，也比較便捷。

4 無人機(jī)航測在礦山測繪中的運(yùn)用

在青海某次無人機(jī)航測在礦山測繪運(yùn)用過程中，首先必須要選擇測區(qū)，全面分析海拔情況以及地形地物特征，接著要確定航拍的范圍[3-4]。在確定起飛降落場地的過程中要依照相關(guān)比例尺飛空底圖予以綜合分析。在開展作業(yè)的過程中，無人機(jī)航攝組，必須要主動聯(lián)系主管測繪部門，還要報告相關(guān)政府部門，必須要提前做好航測工作的報備和備案工作，方可實(shí)施下一步的操作。依照作業(yè)工作區(qū)的實(shí)際情況，對飛降場地進(jìn)行確定。避免區(qū)域內(nèi)有比較突出的障礙物以及一些高大的樹木、無線設(shè)備，同時區(qū)域內(nèi)無高空管線等設(shè)施。并且必須要有攝影區(qū)和起飛場地十千米的間隔距離，這樣才能更好地確保安全監(jiān)控。實(shí)施航攝的過程中，依照相關(guān)任務(wù)要求，對怎樣獲取其技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到完全覆蓋的規(guī)劃是非常重要的，現(xiàn)如今已經(jīng)有比較完備的航攝規(guī)范能夠予以參考。

此項(xiàng)目所選用的無人機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)公司為武漢智能鳥公司，型號為KC1600電動型固定翼無人機(jī)，所搭載相機(jī)為SONYA7R，在進(jìn)行航測的過程中根據(jù)地面控制系統(tǒng)所監(jiān)測的各項(xiàng)指標(biāo)對航線進(jìn)行規(guī)劃并對飛行的整個過程進(jìn)行監(jiān)控、對航攝系統(tǒng)也進(jìn)行了控制。這種無人機(jī)系統(tǒng)的自動化程度相對較高，可靠性和安全性都比較好。KC1600無人機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：翼展1 640 mm，空機(jī)重3 kg。

飛行高度<6 000 m，抗風(fēng)能力4級，起降方式為彈射/傘降，機(jī)長1 000 m，有效荷載0.5 kg，續(xù)航時間為45 min，巡航速度65 km/h，飛行距離60 km/架次。

因?yàn)闊o人機(jī)的遙感系統(tǒng)在荷載上受到一定的限制，需要使用非量測型的數(shù)碼相機(jī)，這種相機(jī)內(nèi)方位元素一般處于未知狀態(tài)且存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，鏡頭畸變差，在進(jìn)行外方位元素的計(jì)算中，精度較低，會對測繪時所得到的影像數(shù)據(jù)造成直接的影響。為了對測繪的成果精度進(jìn)行保障，在進(jìn)行作業(yè)之前，委托了專業(yè)的鑒定機(jī)構(gòu)來對所選用的相機(jī)進(jìn)行了檢驗(yàn)。

4.1 起落點(diǎn)的確定

經(jīng)過對任務(wù)區(qū)域進(jìn)行實(shí)際調(diào)查，將距離礦山測繪點(diǎn)不遠(yuǎn)處的一處平坦的空曠地帶設(shè)置為此次無人機(jī)起降點(diǎn)，周圍不存在突出的障礙物。相較于別的區(qū)域，此處比較平坦，沒有大的凹坑或者石頭塊，符合無人機(jī)進(jìn)行安全起降的條件。

4.2 航線設(shè)計(jì)

在確定航線的過程中首先將測區(qū)范圍1∶2 000數(shù)字地形圖提前備好，通過無人機(jī)本身攜帶的軟件，把地形圖的相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)無人機(jī)的控制系統(tǒng)中。依照相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)書的規(guī)定，其比例尺設(shè)計(jì)為1∶500，以150 m標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)飛行高度，分辨率在5 cm，寬度900 m，航向重疊率為75%，旁向重疊率為70%。飛行區(qū)域通過測區(qū)地圖進(jìn)行規(guī)劃。

4.3 布設(shè)像控點(diǎn)

此次飛行的方向?yàn)闁|西向，航線在南北方向上一共10條。測控區(qū)有4個D級GPS測控點(diǎn)，1級GPS測控點(diǎn)存在于其附近，同時存在一個EGPS測控點(diǎn)，以1.8 km為四等以上水準(zhǔn)點(diǎn)平均間距。通過周圍設(shè)置平高點(diǎn)的方式布置像控點(diǎn)。將平高點(diǎn)布設(shè)于飛行東西方向的各基線上，同時將平高點(diǎn)布設(shè)于飛行南北方向的間隔航線上，并將平高點(diǎn)布設(shè)于區(qū)域的中心。高程點(diǎn)布設(shè)于區(qū)域中各條基線上。航向以及旁向重疊區(qū)域內(nèi)布設(shè)像控點(diǎn)，若該像控點(diǎn)無法公用于相鄰航線時，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分點(diǎn)布設(shè)。對像控點(diǎn)進(jìn)行選擇時，必須要無陰影的存在，避免對質(zhì)量造成影響。將地標(biāo)埋設(shè)與現(xiàn)場，通過RTK對三維坐標(biāo)進(jìn)行測量。對接近的基礎(chǔ)控制點(diǎn)像控點(diǎn)應(yīng)當(dāng)將誤差控制在0.2 m，高程誤差也應(yīng)當(dāng)在0.2 m以下。通過GPS對像控點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)實(shí)時定位，通過RTK實(shí)施測量，為有效提升像控點(diǎn)的精準(zhǔn)度，將基礎(chǔ)控制點(diǎn)以及已獲知的控制點(diǎn)進(jìn)行均勻的分布，對像控點(diǎn)進(jìn)行敷設(shè)，在測區(qū)5 km范圍內(nèi)設(shè)置流動站，確保0.03 cm的三圍坐標(biāo)精度，并進(jìn)行3次重復(fù)測量。

5 數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)以及措施

5.1 數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)

第一，由于無人機(jī)通常飛行沒有很高的高度，在相輻射上比較小，但卻有很大的數(shù)據(jù)量，可以利用單機(jī)多核以及多機(jī)多核工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，與計(jì)算機(jī)多核并行應(yīng)用軟件，有效的提升數(shù)據(jù)處理效果。第二，由于無人機(jī)飛行過程中存在非常復(fù)雜的情況，一般不可以對其數(shù)據(jù)進(jìn)行直接準(zhǔn)確地利用，在此，可以依照航線飛行信息假定一套數(shù)據(jù)，達(dá)到確定相片之間相對關(guān)系目的。

5.2 數(shù)據(jù)處理

第一，數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)備工作。主要涉及雙拼處理影像數(shù)據(jù)，整理和歸檔無人機(jī)的影像數(shù)據(jù)和航測數(shù)據(jù)，并對影響體具體問題進(jìn)行分析，進(jìn)而對飛行質(zhì)量進(jìn)行判斷。將此項(xiàng)工作做好，能夠更好地判斷接下來數(shù)據(jù)處理的可能性，進(jìn)而讓相關(guān)人員決定是否需要進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)飛。第二，進(jìn)行空三加密工作。通過現(xiàn)代航測全自動空三及無人機(jī)影像處理系統(tǒng)(廣州遙感信息科技有限公司研發(fā))進(jìn)行空中三角測量。加密解算控制點(diǎn)的過程中依照該軟件來進(jìn)行，進(jìn)而獲得高質(zhì)量的像對定向點(diǎn)；空三包括單像機(jī)影像區(qū)域以及雙拼虛擬影像區(qū)域網(wǎng)平差，通過光束法區(qū)域網(wǎng)平差方法進(jìn)行平差。

6 項(xiàng)目實(shí)施建議

在當(dāng)前階段，無人機(jī)的發(fā)展并不十分完善，其仍然處于研發(fā)的狀態(tài)，所以在實(shí)踐中采用無人機(jī)航測的方式來進(jìn)行礦山測繪很有可能會遇到區(qū)域的基高比小且高程精度比較低的問題。在后續(xù)的航測工作當(dāng)中，針對不同的礦山區(qū)域，應(yīng)該對其地形條件和地勢與海拔分布條件進(jìn)行深入了解，并且根據(jù)這些指標(biāo)來制定相應(yīng)的方案。對一些在航測過程中需要對立體相對像覆蓋進(jìn)行擴(kuò)大的礦山區(qū)域，在飛行控制時應(yīng)該采用寬相對飛行模式進(jìn)行，同時在鏡頭的選取上應(yīng)該盡可能的選擇短焦型的，對相機(jī)的CCD靶面也應(yīng)該進(jìn)行增大。在無人機(jī)航測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)該對測繪數(shù)據(jù)的偏差來源進(jìn)行分析總結(jié)，并且針對這種情況來進(jìn)行后續(xù)的改進(jìn)工作[5]。對無人機(jī)航測技術(shù)在礦山測繪工作中的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用情況進(jìn)行分析之后，可以發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)航測比人機(jī)航測在礦山測繪中發(fā)揮的作用更大，較人機(jī)航測更加具有現(xiàn)實(shí)意義。

7 結(jié) 語

總之，無人機(jī)航攝技術(shù)歷經(jīng)近年來的不斷發(fā)展，現(xiàn)已非常成熟，尤其在災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)和礦產(chǎn)資源調(diào)查以及礦區(qū)測繪中應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。尤其是無人機(jī)的靈活性可以進(jìn)行小范圍的測繪工作，同時在某些工作難度大，無法進(jìn)行人工測量的區(qū)域，無人機(jī)航攝系統(tǒng)具有非常強(qiáng)大的優(yōu)勢。