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        礦區(qū)地形測(cè)量中無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究

        2018-12-31 00:00:00曾方榮
        大科技·C版 2018年9期

        摘 要:近幾年來(lái),伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能技術(shù)中的應(yīng)用也得到了蓬勃發(fā)展。無(wú)人機(jī)這種智能遙感設(shè)備的問(wèn)世使人們的生活以及工作發(fā)生了很大改變。在礦區(qū)土地地形測(cè)量工作中,使用無(wú)人機(jī)的航測(cè)技術(shù)能夠降低相關(guān)工作的難度,也能減少工作人員的工作量,而且使地形測(cè)量工作更加精準(zhǔn)。本文主要對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦區(qū)地形測(cè)量工作中的有效應(yīng)用進(jìn)行分析。

        關(guān)鍵詞:無(wú)人機(jī)航測(cè);礦區(qū);地形測(cè)量;應(yīng)用

        中圖分類號(hào):P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004-7344(2018)26-0224-02

        前 言

        近幾年來(lái),隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步速度的不斷加快,信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及智能技術(shù)的有效結(jié)合也得到了良好發(fā)展。在信息與數(shù)據(jù)不斷結(jié)合的當(dāng)今時(shí)代,人們對(duì)工作效率提出了越來(lái)越高的要求,尤其是具有工作量大、難度高等特點(diǎn)的工種,更需要使用先進(jìn)的技術(shù)來(lái)開展工作。在礦區(qū)生產(chǎn)和建設(shè)過(guò)程中,有計(jì)劃的整治挖損、塌陷、壓占等破壞土地的土地,使其恢復(fù)到可利用工作狀態(tài)。農(nóng)民對(duì)土地享有經(jīng)營(yíng)權(quán)、使用權(quán)和收益權(quán)。以往對(duì)小范圍和礦區(qū)數(shù)字化地形圖進(jìn)行測(cè)繪的過(guò)程中經(jīng)常采用全站儀結(jié)合GPS的全野外數(shù)字作業(yè)方式,此種方法不僅外業(yè)工作量較大,而且施工工期也較長(zhǎng),已經(jīng)無(wú)法符合測(cè)繪工作對(duì)效率提出的要求,對(duì)于山高林密、庫(kù)區(qū)或排土場(chǎng)下游等特殊區(qū)域,則不能滿足需要了,不僅存在外業(yè)工作量大、工期長(zhǎng),而且存在人與儀器的安全隱患等問(wèn)題,這時(shí),便可以選擇更先進(jìn)的無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)。本文利用無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng),對(duì)廣西壯族自治區(qū)某礦區(qū)進(jìn)行航空攝影測(cè)量,以期對(duì)我國(guó)礦區(qū)地形測(cè)量提供科學(xué)依據(jù)。

        1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

        1.1 無(wú)人機(jī)航測(cè)原理

        無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)以獲取高分辨率空間數(shù)據(jù)為應(yīng)用目標(biāo),通過(guò)3S技術(shù)在系統(tǒng)中的集成應(yīng)用,達(dá)到實(shí)時(shí)地觀測(cè)能力和空間數(shù)據(jù)快速處理能力。無(wú)人機(jī)作為遙感平臺(tái),在進(jìn)行航空立體成像時(shí),飛機(jī)攜帶數(shù)碼相機(jī)沿飛行線(或條帶)獲取垂直航空像片,在相隔一定距離的不同位置拍攝同一目標(biāo),存在視差可以構(gòu)成立體像對(duì),并可進(jìn)一步獲得立體模型,然后可以通過(guò)內(nèi)業(yè)數(shù)字測(cè)圖軟件制作高精度的各種地形圖。航拍可以采集0.05,0.1,0.2m等各種分辨率的正射影像圖(DOM),經(jīng)過(guò)后期的數(shù)字內(nèi)業(yè)處理及數(shù)字測(cè)圖后,制作符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的1:1000、1:2000、1:5000等各種比例尺的地形圖。

        1.2 整體技術(shù)流程

        無(wú)人機(jī)是為航空攝影而搭建的平臺(tái),主要是為了獲取到分辨率較高的空間數(shù)據(jù),基于在系統(tǒng)內(nèi)部集成應(yīng)用3S技術(shù)而形成一種隨時(shí)觀測(cè)以及處理空間數(shù)據(jù)的能力。通過(guò)運(yùn)用無(wú)人機(jī)可以起飛較快的特征以及其攜帶的定位裝置,獲得清晰度較高、穩(wěn)定性較強(qiáng)的原始數(shù)碼影像、拍攝照片的空間地點(diǎn)和姿態(tài)信息,并且同相機(jī)畸變參數(shù)相結(jié)合,利用特殊的空三軟件及時(shí)地落實(shí)好匹配、平差以及拼接等方面的工作,以此來(lái)生成清晰礦區(qū)地質(zhì)圖,如果需要使用DLG線來(lái)畫圖,應(yīng)該添加立體測(cè)圖環(huán)節(jié),通過(guò)立體測(cè)圖軟件將帶有符號(hào)的DLG直接加工出來(lái),并且能夠直接符合入庫(kù)要求。

        1.3 礦用無(wú)人機(jī)工作流程

        飛行計(jì)劃:采用MAVinci Desktop軟件來(lái)規(guī)劃飛行,結(jié)束后上傳至無(wú)人機(jī)上面就可以正式飛行。①影像的拍攝:在飛行過(guò)程中,控制器軟件能夠保證無(wú)人機(jī)對(duì)飛行前所規(guī)劃的飛行軌跡進(jìn)行自主跟蹤;機(jī)載相機(jī)對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)獲取并且將其存儲(chǔ)在無(wú)人機(jī)上。②無(wú)需地面控制點(diǎn)的航空測(cè)圖:無(wú)人機(jī)在飛行期間,邊拍攝照片,邊實(shí)施RTK測(cè)量,各張照片的位置信息均具備RTK固定解的精度?;趯?duì)精密測(cè)量時(shí)間與高精度定位技術(shù)的整合,使無(wú)人機(jī)在空中就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的控制。

        1.4 無(wú)人機(jī)航攝的特點(diǎn)

        1.4.1 數(shù)據(jù)處理費(fèi)用較低

        無(wú)人機(jī)搭載的影像處理設(shè)備不需要太高的硬件配置,成本費(fèi)用非常低。

        1.4.2 具有安全性、可靠性

        由于部分地區(qū)山形復(fù)雜且過(guò)于陡峭,或存在地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等狀況,在這些區(qū)域內(nèi)測(cè)量人員存在安全隱患,而如果使用無(wú)人機(jī),人員可通過(guò)操控?zé)o人機(jī)對(duì)地勢(shì)危險(xiǎn)的地區(qū)進(jìn)行航空拍攝測(cè)量,從而在一定程度上提高了人員安全。

        1.4.3 機(jī)動(dòng)的靈活性

        無(wú)人機(jī)是按事先預(yù)定好的飛行航線進(jìn)行自動(dòng)飛行,大大地提高了航線和拍攝控制的精度,并且能夠迅速把新的地面測(cè)量的航點(diǎn)上傳到無(wú)人機(jī),這樣有效地降低無(wú)人機(jī)降落后再輸入數(shù)據(jù)的情況,使無(wú)人機(jī)具備很強(qiáng)的靈活性。

        2 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)機(jī)制

        2.1 無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)

        無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的組成部分主要包括機(jī)載與地面部分,而且機(jī)載飛行控制系統(tǒng)是由飛控、電臺(tái)、RC接收機(jī)、電池組、GPS和通訊天線以及空速管組成的。飛行控制系統(tǒng)能夠同GPS、北斗以及GLONASS等組合在一起進(jìn)行導(dǎo)航,利用事先設(shè)置好的航拍攜帶數(shù)據(jù),實(shí)施相同距離和定點(diǎn)拍攝。

        2.2 地面站控制系統(tǒng)

        地面站控制系統(tǒng)的組成部分有數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)、軟件以及便攜式計(jì)算機(jī)。控制系統(tǒng)在控制軟件的作用下將飛行器的飛行參數(shù)與定位信息實(shí)時(shí)顯示出來(lái),在獲取飛行數(shù)據(jù)與坐標(biāo)的過(guò)程中,利用地面站軟件來(lái)獲取飛行軌跡與數(shù)據(jù)信息,以此達(dá)到無(wú)人機(jī)遙控導(dǎo)航盲飛的目的,無(wú)人機(jī)可以完成定高智能駕駛,可以提前將航跡輸入進(jìn)去,完成自動(dòng)根據(jù)航線執(zhí)飛任務(wù),另外,也能夠?qū)桔E任務(wù)進(jìn)行隨時(shí)變換。

        2.3 航線和像控點(diǎn)的設(shè)置

        采取區(qū)域網(wǎng)的設(shè)置形式,設(shè)置在地面的首條航線與末條航線的基線數(shù)跨度應(yīng)該小于8、輕微丘陵地帶基線數(shù)小于12、丘陵地帶相對(duì)集中的基線數(shù)小于16、航線中心點(diǎn)的基線數(shù)跨度小于15,同時(shí)根據(jù)隔航線布點(diǎn)來(lái)布設(shè)航線與航線間的點(diǎn)。全網(wǎng)的四角和不標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)端點(diǎn)需要布點(diǎn),四角偶點(diǎn)為雙點(diǎn)。如果難以選取網(wǎng)內(nèi)像控點(diǎn)的目標(biāo),就可以將少數(shù)像控點(diǎn)改成高程點(diǎn)。采取GPS水準(zhǔn)測(cè)量方式來(lái)擬定合成像控點(diǎn)的高程,分段擬合的過(guò)程中應(yīng)該實(shí)施全方位檢驗(yàn)。對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行選刺時(shí)一定要選擇影像明顯的地物,往往選擇交角較好的微小線狀交點(diǎn)、清晰折角的頂點(diǎn)以及影像不大于0.2mm的點(diǎn)狀地物中心。采取九點(diǎn)法來(lái)布設(shè)區(qū)域網(wǎng)的點(diǎn),如果處于不標(biāo)準(zhǔn)的地點(diǎn)或者是緊鄰平高點(diǎn)間隔超過(guò)20條基線時(shí),就應(yīng)該將一個(gè)平高點(diǎn)布設(shè)在中間位置。

        2.4 空中三角測(cè)量

        采取全數(shù)字加密法來(lái)測(cè)量空中三角,根據(jù)像片上量測(cè)的像點(diǎn)坐標(biāo),應(yīng)用精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型,基于最小二乘法原理將一少部分地面控制點(diǎn)作為平差條件,采取光束法計(jì)算出測(cè)圖的安全定向點(diǎn),將1:1000地形圖作為測(cè)量比例。

        3 應(yīng)用實(shí)例

        3.1 工程基本概況

        2017年6月,筆者所在單位受到他方委托負(fù)責(zé)廣西壯族自治區(qū)某礦區(qū)地形圖測(cè)繪工作,此測(cè)量區(qū)域處于丘陵地帶,平均海拔高度大約150m,適合進(jìn)行航測(cè)。此次測(cè)量任務(wù)航空拍攝的地面分辨率為15cm,將航攝、空三加密、DEM、DOM以及DLG的生產(chǎn)作為主要測(cè)繪工作。

        3.2 重點(diǎn)技術(shù)參數(shù)和航攝參數(shù)的獲取

        航空拍攝以1:2000為比例,對(duì)應(yīng)的航高不能超過(guò)370m,旁向與航向重疊度應(yīng)該分別達(dá)到65%與85%,分辨率是0.1m,航攝面積是4.8km2。該無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間40min,最大速度85km/h,最大載重2.9kg,攜帶的航攝儀是Canon5D Mark I數(shù)碼相機(jī),無(wú)人機(jī)的飛行高度、飛行面積、地面分辨率與成圖比例尺如表1所示。

        3.3 數(shù)據(jù)處理

        Agisoft Photo Scan是由Agisoft公司開發(fā)的3D掃描軟件,只進(jìn)行導(dǎo)入就能夠使軟件形成較高重疊率的數(shù)碼影像,從而顯示出高清的正射影像。利用Agisoft Photoscan軟件來(lái)處理影像數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理流程如下:構(gòu)建項(xiàng)目文件、影像文件的添加、影像配準(zhǔn)、點(diǎn)云的形成、三角網(wǎng)的構(gòu)建、分辨率較高的DOM的生成和精準(zhǔn)的DEM,生產(chǎn)過(guò)程就是計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)處理。將DOM和DEM等數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶教爝h(yuǎn)景中,實(shí)施矢量化以及生成等高線,對(duì)其進(jìn)行編繪生成DLG。應(yīng)用主流配置計(jì)算機(jī),一共用時(shí)10h。

        3.4 成果質(zhì)量檢查驗(yàn)收

        通過(guò)質(zhì)檢人員全面檢查與驗(yàn)收,該測(cè)區(qū)所有圖幅產(chǎn)品全部合格,最終評(píng)定該無(wú)人機(jī)航測(cè)項(xiàng)目取得圓滿成功,質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良,為礦區(qū)地形測(cè)量工作提供了技術(shù)支撐,大大提升礦區(qū)地形測(cè)量精度。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        綜上所述,隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,我國(guó)在無(wú)人機(jī)研發(fā)領(lǐng)域取得了較為突出的成就。由于無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟,已被廣泛應(yīng)用到生活、娛樂(lè)以及軍事等領(lǐng)域,使人們的生活以及工作方式發(fā)生改變,使工作更加簡(jiǎn)單、快捷。礦區(qū)地形測(cè)量工作具有工作難度高、工作量大的特點(diǎn),而無(wú)人機(jī)的靈活度較高,而且容易操控,測(cè)量數(shù)據(jù)也較為準(zhǔn)確,將無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用到這項(xiàng)工作中能夠使礦區(qū)地形測(cè)量工作更加方便、高效。相信隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟,無(wú)人機(jī)航測(cè)在礦區(qū)地形測(cè)量工作中能夠得到更好地應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn)

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        收稿日期:2018-7-10

        作者簡(jiǎn)介:曾方榮(1971-),男,助理工程師,中專,主要從事工程測(cè)量方面工作。

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