田永欣 馬順明

摘 要：無人機航測遙感系統(tǒng)是繼衛(wèi)星遙感和有人駕駛飛機遙感之后的一種新型航空遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，是航空、信息、自動化控制、微電子、計算機、通訊、導航、傳感器以及“3S”等多學科高新技術(shù)的集成應(yīng)用，具有機動、快速、靈活、影像分辨率高等特點，適合在條件極為復雜的高寒地區(qū)和無人區(qū)開展測繪工作，成為世界各國爭相研究的熱點。文章通過實例分析，主要以無人機航測技術(shù)為主線，對于礦山測量方面的問題進行的探討

關(guān)鍵詞：礦山測量；無人機航測；應(yīng)用

無人機航測技術(shù)作為一項空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段，具有續(xù)航時間長、影像實時存儲傳輸、分辨率高、機動靈活、相對于載人機來說，運輸維護、作業(yè)成本等都較低等優(yōu)點。目前大量應(yīng)用于地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測、高海拔礦區(qū)的測量工作中。

1 無人機航攝系統(tǒng)

無人機航攝系統(tǒng)是以無人機為飛行平臺，利用高分辨率相機系統(tǒng)獲取遙感影像，利用空中和地面控制系統(tǒng)實現(xiàn)影像的自動拍攝和獲取，同時實現(xiàn)航跡規(guī)劃和監(jiān)控、信息數(shù)據(jù)壓縮和自動傳輸、影像預處理等功能，是具有高智能化程度、穩(wěn)定可靠、作業(yè)能力強的低空遙感系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括①無人機飛行平臺。為DBⅡ型無人機，由機體、操縱系統(tǒng)、動力系統(tǒng)三部分組成。②傳感器。配備佳能5DmarkⅡ定焦數(shù)碼相機，焦距為35mm。相機像素大小為6.41μm，像幅大小為5616像素×3744像素（2100萬像素）。③飛控系統(tǒng)。飛控采用自動駕駛儀UP30，該駕駛儀集成了GPS接收機、氣壓傳感器、空速傳感器、飛行控制系統(tǒng)等部件，可以穩(wěn)定控制各種氣動布局的中低速無人機，實現(xiàn)導航、定位和自主飛行。④地面監(jiān)控系統(tǒng)與遙控器。包括DELL便攜式工作站、UP30飛控軟件、電臺和天線。其中，在UP30飛控軟件中設(shè)計編輯航線和航路點，實時修改無人機的飛行姿態(tài)和目標航點，并實時顯示無人機的各種飛行參數(shù)和電池電壓。所有數(shù)據(jù)均通過電臺和天線與無人機進行通訊。遙控器是手動控制無人機飛行的遠程控制設(shè)備，技術(shù)嫻熟的操控手利用遙控器可以實現(xiàn)無人機滑跑起飛和降落。⑤地面運輸與保障系統(tǒng)。配有一輛四驅(qū)依維柯汽車，可長距離裝載運輸無人機設(shè)備。另外還配有警示筒、警示繩等安全保障設(shè)備。⑥配套軟件：包括航攝質(zhì)量快速檢查軟件、影像預處理軟件、影像處理軟件PixGrid等。

2 項目任務(wù)

為適應(yīng)現(xiàn)代礦山企業(yè)發(fā)展建設(shè)不斷加快的形勢，滿足加強安全生產(chǎn)，加大對煤礦規(guī)劃管理力度的需要，對礦山進行航空數(shù)碼測繪。內(nèi)容包括1∶2000及1∶5000數(shù)字線劃圖（DLG）采集、數(shù)字正射影像圖（DOM）、礦區(qū)地形地質(zhì)圖，以及驗證無人機航攝系統(tǒng)用于礦山地形數(shù)據(jù)采集的測量精度。該測區(qū)采用Quickeye（快眼）II型無人機搭載非量測型數(shù)碼相機進行攝影作業(yè)，又布置大量的地面控制點，然后對航飛數(shù)據(jù)通過區(qū)域網(wǎng)空中三角測量的自檢法來計算全部系統(tǒng)誤差根源對像點位置坐標的綜合改正值，從而確定內(nèi)方位元素和物鏡的光學畸變值，實現(xiàn)相機的高精度標定；并將標定結(jié)果用于測繪產(chǎn)品生產(chǎn)，以此來對無人機攝影測量系統(tǒng)在小區(qū)域大比例尺地形圖立體采集中所能達到的精度水平進行評估和驗證。

3 航攝系統(tǒng)組成

本測區(qū)采用的航攝系統(tǒng)組成部分有：無人機飛行平臺、飛行控制系統(tǒng)和非量測型面陣CCD數(shù)碼相機；以及地面站、遠程無線通信裝置；地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等輔助設(shè)施。飛行平臺采用Quickeye（快眼）II型無人機，控制系統(tǒng)采用NCG―1微型無人機控制系統(tǒng)。攝影搭載CanonEOS5DMarkII高分辨率數(shù)碼單反相機，像素為5616×3744pixel，像元大小為6.41um。飛行過程中采取飛控系統(tǒng)控制快門定點曝光，將對焦環(huán)固定在無窮遠處鎖定相機的內(nèi)方位元素，并采用固定光圈以保證統(tǒng)一物鏡畸變參數(shù)。

4 項目實施情況

4.1航線設(shè)計

測區(qū)總面積為21.6km2，地處青海高原東北部，屬中低山區(qū)。地勢東南高，西北低，中部平坦，為灘地草原，海拔3660m，最低點位于西北部，海拔約2800m，最大相對高差約860m，植被覆蓋率較高，有少量建筑物，交通便利。參照測區(qū)地形條件、成圖面積、形狀規(guī)劃及成圖比例等要求，此次航飛方向為南北方向，共設(shè)計八條航線。航向重疊度>65%，旁向重疊度>35%，航高為3693m，分辨率為0.18m，采用GPS飛控管理系統(tǒng)進行定點曝光，每條航線獲取15張航片。

4.2地面控制

地面控制是由內(nèi)業(yè)布點，外業(yè)人員野外刺點。本區(qū)野外像片控制點的布設(shè)按照《1∶500，1∶1000，1∶2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》中區(qū)域網(wǎng)布點要求進行布設(shè)。共像片控制點布設(shè)在航向及旁向3片或4片重疊的范圍內(nèi)，共布設(shè)39個平高點，布設(shè)的像片控制點均可公用。采用山西省測繪局工程測繪院建立的GPSCORS網(wǎng)。它是通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)據(jù)播發(fā)網(wǎng)，向各類需要測量和導航的用戶以國際通用格式提供碼相位/載波相位差分修正信息，可實時解算出流動站的精確點位。平面坐標系統(tǒng)采用1980西安坐標系，高程基準采用1985國家高程基準。

4.3加密結(jié)果精度及采集精度評定分析

空中三角測量采用DATMatrix+ATMatrix+PATB進行，該系統(tǒng)是由航天遠景公司自主研發(fā)的空中三角測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要針對小數(shù)碼影像，利用少量地面控制點來計算一個測區(qū)中所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標，并集成PATB光束法區(qū)域網(wǎng)平差軟件，所以粗差檢測功能和平差計算功能都很強大。

成果精度分析：

參照《低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范（CH/Z3003——2010）》，由平差結(jié)果可知，本測區(qū)采取普通數(shù)碼相機，以無人飛行器為平臺進行相對航高為1124m航攝作業(yè)，通過檢校加密糾正后立體像對結(jié)果可以滿足1∶2000地形圖測圖的平面精度要求。表明無人機航攝系統(tǒng)可以云下低空飛行，能夠獲取衛(wèi)星和有人飛機無法得到的高分辨率影像數(shù)據(jù)，并且針對小區(qū)域大比例尺的地形圖測繪，可以采用無人機航攝作為其獲取影像數(shù)據(jù)的基本方法之一。由采集結(jié)果可知：其相對定向與絕對定向及加密中的各項限差均符合規(guī)定及設(shè)計，平面精度會因為辨認誤差而有所降低，但高程精度不會有大的改變，還可以看出，采用該系統(tǒng)成圖的平面精度還有較大的潛力，適當?shù)胤艑挼孛娣直媛剩黾雍礁撸€可以進行小比例尺地圖的測量工作，例如成1∶1000圖時，設(shè)計地面分辨率為10cm，采用全野外布點或區(qū)域網(wǎng)空三加密。成1∶500圖時，設(shè)計地面分辨率為7.5cm，采用全野外布點或區(qū)域網(wǎng)空三加密。

參考文獻

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