郭岑怡，朱俊臻，毛云松

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650000）

1 無人機(jī)航測在礦山地質(zhì)帶狀地圖的任務(wù)

通過無人機(jī)開展礦上的航測工作，可以充分滿足我國實(shí)際發(fā)展的要求，并讓生產(chǎn)的安全性得到保證。無人機(jī)會對礦山測繪對礦山的開發(fā)造成重要影響，為此要提高對礦山測繪精準(zhǔn)度的重視程度。將無人機(jī)航測技術(shù)與礦山測繪相結(jié)合，管理的強(qiáng)化工作十分重要，對測繪所得到的數(shù)據(jù)一定要確保有足夠的精確度。由于礦山測繪對于數(shù)據(jù)方面的要求非常高，在進(jìn)行航測的區(qū)域一定要安置地面控制點(diǎn)，這樣就可以比較有效的得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。制定項(xiàng)目任務(wù)的過程中，一定要權(quán)衡航測礦山的區(qū)域地形與實(shí)際海拔；充分考慮實(shí)際情況能夠保證航測方案制定的合理性與科學(xué)性。

2 非量測相機(jī)的優(yōu)勢

擁有非量測相機(jī)傳感器的無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)不僅可以節(jié)約成本，還擁有靈活便捷等特點(diǎn)。換句話說，它在科研、生產(chǎn)方面的應(yīng)用擁有未來動態(tài)趨勢。非量測數(shù)碼相機(jī)也被稱作普通數(shù)碼相機(jī)，由于其體積之小，重量之輕，與無人機(jī)的配合（搭載）十分融洽。利用數(shù)碼相機(jī)所生成的影像信號，不僅能夠通過計(jì)算機(jī)完成在線作業(yè)，還能夠?qū)⑵涞谷胗跋翊鎯ㄖ?。近幾年，我國的普通?shù)碼相機(jī)的單景影像能夠利用自身強(qiáng)大的功能達(dá)到大比例尺低空航測制圖工作對成像分辨率的要求。

3 飛行平臺與成像傳感器

飛行平臺所采取的固定翼型無人機(jī)，其技術(shù)參數(shù)的詳情由表1可知。

表1 飛行平臺技術(shù)參數(shù)

成像傳感器由Canon EOS 5DMark 2普通數(shù)碼相機(jī)組成，其傳感器屬于CMOS類型。設(shè)計(jì)、制造非量測攝像機(jī)的初衷并不是將其用于攝影測量，因此它不具備內(nèi)方位元素值的提供功能；將其與量測攝影機(jī)相對比還可發(fā)現(xiàn)，二者的成像幾何質(zhì)量相差較大。以我國目前用于量測的普通數(shù)碼相機(jī)為基礎(chǔ)，開展相應(yīng)的檢校工作可以掌握內(nèi)方位元素等參數(shù)，進(jìn)而為今后的一項(xiàng)數(shù)據(jù)處理提供幫助。該實(shí)驗(yàn)所需的相機(jī)，其檢校需要在室內(nèi)精密控制長開展，算法以管線束為主。

4 航空攝影與像片控制

第一，實(shí)驗(yàn)航線的設(shè)計(jì)工作。以礦山地質(zhì)測區(qū)范圍及形狀為基礎(chǔ)，將及成圖的比例尺設(shè)定在1：2000，并保證設(shè)計(jì)影響的比例尺處于1：20000左右、航攝地面分解力是14cm，然后通過GPS飛控管理系統(tǒng)開展定點(diǎn)曝光工作。

第二，線控點(diǎn)的布設(shè)方案。由區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)法可知，兩條和兩條以上的平行航線布設(shè)平高按制點(diǎn)，并保證每對像控點(diǎn)之間的相距不高于4條基線。至于不規(guī)則區(qū)域網(wǎng)，想要讓像控加密的精度得到強(qiáng)化，不僅要在網(wǎng)的凸角部位設(shè)立平高點(diǎn)，還要在凹角部位設(shè)立高程點(diǎn)。然而，如果凹凸角之間距離高于2條基線，凹角處同樣需要設(shè)立平高點(diǎn)。像控點(diǎn)需要選刺在棱角分明的地物上，這樣可以讓物方與像方的坐標(biāo)觀測精度得到進(jìn)一步地保障。

第三，相控點(diǎn)的聯(lián)測工作。試驗(yàn)通過GPS-RTK作業(yè)模式進(jìn)行像控點(diǎn)的聯(lián)控，能夠?yàn)楝F(xiàn)有的控制點(diǎn)成果增添物方三維坐標(biāo)。加密質(zhì)量的保障，在測定高程控制點(diǎn)平面坐標(biāo)的同時(shí)，還能夠?yàn)閮?nèi)業(yè)加密的糾錯提供幫助。與此同時(shí)，試驗(yàn)中外業(yè)觀測平高像控點(diǎn)有48個，分布較為密集，以利于考察無人機(jī)航測的攝影測量精度。

5 空中三角測量

無人機(jī)所攜帶的普通數(shù)碼相機(jī)成像吉和質(zhì)量較量測相機(jī)差，即不能達(dá)到提供準(zhǔn)確內(nèi)方位元素的目的，還會讓無人機(jī)的航攝質(zhì)量受到環(huán)境因素的影響。換句話說，光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量的運(yùn)用已經(jīng)成為了必然。

光束法區(qū)域網(wǎng)平差，旨在將像片中的一束光線視做平差單元，中心投影的共線方程使用能夠?qū)崿F(xiàn)平差的獲取，然后利用光線束的空間平移與旋轉(zhuǎn)完成彼此之間的最優(yōu)交會；讓使用者能夠掌握更加精準(zhǔn)的加密點(diǎn)地面坐標(biāo)的同時(shí)，還能夠了解實(shí)際的外方位元素。選擇自檢校光束法的過程中，還可以大大地降低平差結(jié)果中出現(xiàn)系統(tǒng)性誤差的概率。如圖所示，光束法區(qū)域網(wǎng)平差的誤差方程，其中不涉及POS觀測數(shù)據(jù)。

圖1 光束法區(qū)域網(wǎng)平差的誤差方程

由上述的方程形式可知：第一式屬于像點(diǎn)坐標(biāo)觀測誤差方程，其中t代表相片方位元素，x代表物方坐標(biāo)、c代表附加參數(shù)改正數(shù)向量，三者都是解算當(dāng)中充當(dāng)未知數(shù)向量這一角色；而lx則是常數(shù)項(xiàng)的代表。第二式屬于物方坐標(biāo)觀測誤差方程，x代表控制點(diǎn)物方坐標(biāo)；lc是常數(shù)項(xiàng)的代表。第三式屬于附加參數(shù)虛擬觀測誤差方程。C作為附加參數(shù)，其主要是用于代表相畸變誤差。與此同時(shí)，方程形式中的E、Pc、Px，代表不同觀測值聯(lián)合平差所設(shè)置的權(quán)矩陣。

運(yùn)用傳統(tǒng)航測光束法的過程中，區(qū)域網(wǎng)平差的結(jié)果會受到多種因素的干擾，如：控制點(diǎn)的分布與數(shù)量。故航線的實(shí)際工程形式等。然而，運(yùn)用無人機(jī)攝像時(shí)，其主要影響因素只有：攝像質(zhì)量較差所導(dǎo)致的像點(diǎn)觀測精度存在問題。綜上所述，筆者在試驗(yàn)過程中選擇了Aberrations Correction Syestem程序模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)糾正原始性向中切向、徑向畸變的目的；再配合VirtuoZoAAT自動空中三角測量軟件使用。具體的作業(yè)流程可分為以下三部：

第一，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作。該項(xiàng)涉及到測區(qū)的建立工作、GPS參數(shù)的輸入工作、航線偏移量的確認(rèn)工作等。第二，自動賺點(diǎn)工作。第三，空中三角測量加密。

6 立體模型數(shù)據(jù)采集與精度分析

第一，對建筑物等形態(tài)特征良好的數(shù)據(jù)點(diǎn)，立體模型采集點(diǎn)與空三加密控制點(diǎn)的坐標(biāo)精度基本相當(dāng)。這說明立體測繪雖然加入了作業(yè)員的觀測誤差，但該項(xiàng)觀測誤差很小，建筑物等立體測繪數(shù)據(jù)點(diǎn)可以用作獨(dú)立檢查點(diǎn)，評價(jià)空中三角測量成果質(zhì)量。

第二，本次試驗(yàn)的航攝和像控設(shè)計(jì)參照了1：500～1：2000地形圖航空攝影測量規(guī)范，提供了大比例尺成圖的數(shù)據(jù)處理?xiàng)l件。如果按照目前量測用數(shù)碼航空相機(jī)的作業(yè)能力，航測應(yīng)該能夠達(dá)到1：2000地形圖的精度要求。試驗(yàn)中平面誤差滿足了1：2000地形圖的精度要求，但高程點(diǎn)中誤差沒有達(dá)到相應(yīng)精度要求，且差距較大。這說明普通數(shù)碼相機(jī)的像元尺寸雖然已與量測用數(shù)碼航空相機(jī)相仿，但構(gòu)像質(zhì)量較后者仍有明顯差別。

第三，盡管在影像預(yù)處理和空中三角測量過程中，考慮了構(gòu)像畸變校正，但普通數(shù)碼影像仍使得按常規(guī)的基高比立體攝影，無法達(dá)到足夠的高程精度。普通數(shù)碼相機(jī)采用雙拼或四拼機(jī)組應(yīng)該是目前更為實(shí)用的航攝方法。

第四，試驗(yàn)中單臺普通數(shù)碼相機(jī)攝影的像對覆蓋面積小，導(dǎo)致航線數(shù)量和像對數(shù)量增多。使得空三加密人員增加了10倍于常規(guī)航測的工作量。顯然，多拼相機(jī)作業(yè)亦有利于改善這-缺陷。

第五，本試驗(yàn)覆蓋2條～4條航線，以2條航線的長形區(qū)域?yàn)橹?，近似密集像控布點(diǎn)，取得了均勻且較為理想的平面精度。但高程控制密集下，并沒有取得按量測相機(jī)的理論上為1.69σo的高程加密精度，且遠(yuǎn)低于該理論估計(jì)精度。這說明普通數(shù)碼相機(jī)的構(gòu)像畸變殘差影響仍然很大，按量測相機(jī)作業(yè)的基線跨度布設(shè)高程控制點(diǎn)，遠(yuǎn)不能消除普通數(shù)碼影像系統(tǒng)性誤差的對高程觀測的影響。

7 無人機(jī)航測在礦山測繪中的應(yīng)用

第一，航線與地面控制的設(shè)計(jì)工作。無人機(jī)航測在礦山測繪中應(yīng)用過程中，首先需要設(shè)定航測基本坐標(biāo)，航向以及飛行航線等，這樣能夠保障無人機(jī)在實(shí)際航測過程中能三度重疊。在航測過程中，需要確定礦區(qū)中需要進(jìn)行測繪的區(qū)域，可以選用橫縱方向交叉布置方式，無人機(jī)可以需要根據(jù)提前設(shè)置的航線進(jìn)行航測，操作人員在無人機(jī)執(zhí)行航測任務(wù)過程中需要對無人機(jī)基本用電量進(jìn)行關(guān)注，預(yù)測到問題的出現(xiàn)后及時(shí)解決，讓航測工作的穩(wěn)定進(jìn)行得到保障。

第二，進(jìn)度與采集精度的評定工作。無人機(jī)航測過程中應(yīng)用的三角測量法主要是數(shù)碼影像對小面積控制點(diǎn)進(jìn)行測量時(shí)，獲取的信息量較少，主要是對礦山勘測區(qū)域內(nèi)獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，然后對外方位元素以及加密點(diǎn)地面坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。通過將獲取的信息傳輸?shù)较嚓P(guān)軟件之后進(jìn)行處理，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上使得測量效果全面提升，這樣能夠提高測量準(zhǔn)確性。在航航過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要結(jié)合測量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算定向點(diǎn)位置，掌握各項(xiàng)計(jì)算誤差值，確定各個連接點(diǎn)之間的誤差值。

8 結(jié)語

由于我國低空空域的開放，無人機(jī)低空遙感技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)受到了相關(guān)行業(yè)工作者的廣泛關(guān)注；為此，筆者希望本文能夠?yàn)槲覈鵁o人機(jī)航測技術(shù)的發(fā)展提供一定的幫助。