呂紅連

（廣西華銀鋁業(yè)有限公司，廣西 百色 533000）

關(guān)健詞：無人機；DLG；實踐

無人機航空攝影測量是一種新型高效的低空遙感影像獲取技術(shù)，具有響應(yīng)迅速、機動性高、使用便捷、受空域管制和天氣的影響較低，能夠適應(yīng)不同測區(qū)能力，是衛(wèi)星遙感和大飛機航空攝影的有力補充。隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展及民用化程度的不斷提高，無人機在露天礦山測量領(lǐng)域的技術(shù)研究也在不斷拓展。

1 測區(qū)概況及作業(yè)流程

（1）測區(qū)概況。廣西壯族自治區(qū)的優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源儲藏豐富，約占全國總儲量的1/4，主要為堆積型鋁土礦。該礦體面積約1平方公里。測區(qū)為典型的喀斯特地貌，地勢起伏較大，無高大建筑物，地面植被覆蓋茂密以樹木、低矮灌木和農(nóng)作物為主。亞熱帶季風(fēng)氣候，夏天無暑、冬無嚴寒，交通較為方便，適合無人進行低空攝影測量。本次工程平面坐標系為國家2000坐標系，高程系統(tǒng)為1985國家高程基準。

（2）作業(yè)流程。本文根據(jù)該礦體實地調(diào)查的測區(qū)情況，結(jié)合現(xiàn)有資料以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，設(shè)計如下的無人機航攝技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1 作業(yè)流程

2 無人機系統(tǒng)參數(shù)及航測技術(shù)方法

（1）軟硬件。無人機選用是大疆精靈Phantom 4 RTK，一款小型多旋翼高精度航測無人機，面向低空攝影測量應(yīng)用，具備厘米級導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)，便攜易用，全面提升航測效率。平臺內(nèi)部載有影像傳感器、自動駕駛模塊和RTK測量模塊。

（2）影像處理軟件。市面上影像處理軟件較多，例如：Infho、PhotoScan、Pix4D等。本文選取PIX4DMapper是目前最流行的一款軟件，和傳統(tǒng)的基于共線方程進行空三加密的軟件不同，這款軟件基于計算機圖像識別原理來進行空三加密，軟件操作簡單，人工干預(yù)少，是剛進入航測行業(yè)用戶的首選軟件。這款軟件不光可以進行空三加密，還可以輸出DOM正射影像，DSM數(shù)字表面模型，及各種實景三維模型，包括后期處理使用最多的OSGB格式。

（3）立體測圖軟件。立體測量軟件選擇眾多，一般有Photoscan、南方數(shù)碼iData等，本文選用的是清華山維EPS立體測圖軟件。

3 航測外業(yè)及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

3.1 航測外業(yè)

（1）航線規(guī)劃。因桂西鋁土礦山高差起伏大、地物單一地形因素的影響，容易出現(xiàn)航攝漏洞，最好進行攝影分區(qū)，使分區(qū)內(nèi)的高差滿足航飛要求；綜合考慮季節(jié)、天氣、太陽高度角、陰影倍數(shù)等，選擇合適的航飛時間；像控點的布設(shè)重點考慮布點方式、布點個數(shù)、采集精度等；在規(guī)劃航線時應(yīng)盡量避開無礦的高大石山，以防“炸機”風(fēng)險。根據(jù)地面分辨率、相機參數(shù)、焦距、地形等情況，進行飛行航線的規(guī)劃和飛行參數(shù)的設(shè)置。設(shè)置航向與旁向重疊度均為80%，地面分辨率2.47cm，相對航高為120m。

（2）像控點布設(shè)與測量。像控點布設(shè)一般采用區(qū)域網(wǎng)布點方案，布點個數(shù)根據(jù)測區(qū)地形調(diào)整，飛1:1000比例尺的成果，每0.3個平方公里布設(shè)5個像控點合適，該項目布設(shè)16個像控點。布設(shè)像控點之前要做好準備工作，首先要檢查航測區(qū)域的地質(zhì)地貌條件，準備好油性噴漆、標靶板（木板或者做的硬紙板）。其次像控點應(yīng)選在印象明晰的地物點上，當(dāng)刺點方針與方位不能統(tǒng)籌時，以方針為主。測量方式采用GNSS RTK測量模式，丈量時，氣泡居中或者用三角支撐桿固定，承認好所測像控點方位以及對應(yīng)點號，不能搞錯點號與之對應(yīng)的坐標。像片控制點中的平面控制點要求選在影像清晰的細小線狀地物點、明顯地物拐角點，高程控制點還要求高程起伏較小，選點困難地區(qū)，可考慮實地布設(shè)控制點。為了滿足大比例測圖需求，一般采用實地布設(shè)控制點。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

利用Pix4Dmapper在導(dǎo)入原始航片和POS數(shù)據(jù)后，進行影像預(yù)處理，修正影像畸變和相機檢校；加入外業(yè)控制點，本地處理中勾選全面高精度處理，點擊開始就進入全自動運行模式。運行完成后軟件彈出質(zhì)量報告。質(zhì)量報告主要檢查區(qū)域網(wǎng)空三誤差、相機參數(shù)優(yōu)化質(zhì)量和控制點殘差。數(shù)字線劃圖(DLG)則要根據(jù)生成正射影像圖(DOM)、數(shù)字表面模型(DSM)、點云等數(shù)據(jù)借助立體測圖軟件以及外業(yè)調(diào)繪等進一步生產(chǎn)。

3.3 調(diào)繪與補測

主要采用先采集后調(diào)繪的方法。根據(jù)構(gòu)橡的規(guī)律和特點，識別出地面上相應(yīng)物體的性質(zhì)和數(shù)量，把像片上所有必要的地物和沒有在像片上顯示出來的重要的隱蔽地物和地貌元素，在野外調(diào)查補測繪出，并且適當(dāng)?shù)丶右跃C合取舍，用正確的圖例符號表示出來，再把這些內(nèi)容編制在地圖上。

4 精度分析

（1）精度檢核方法。為了探究本次實踐數(shù)據(jù)的可靠性，在測區(qū)內(nèi)選取10個具有明顯特征的檢核點，利用采用GNSS接收機RTK模式進行坐標的數(shù)據(jù)采集與影像上對應(yīng)點的量測取的檢核點的坐標數(shù)據(jù)進行比對，從而來精度評定。

（2）對比結(jié)果。實測坐標與圖上量取坐標及誤差見表1。

表1 無人機航空攝影實際測量坐標與圖上量取坐標及誤差

（3）精度評定。依據(jù)《GB/T24356-2009測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》，按同精度檢測，地物點的點位中誤差計算公式為：

平面坐標點位中誤差為0.026，滿足《GB/T 7930-2008 1：500 1:1000 1：2000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》的精度要求。

5 成本對比分析

測區(qū)因地形地物的高差、復(fù)雜程度、天氣等各種原因?qū)е沦M用成本相差非常大，因些以本項目為例。在現(xiàn)有條件一致的情況下，對測量成本進行對比。

（1）無人機方案。采用無人航測方案共投入2個人（一個小組）。外業(yè)航飛和布設(shè)像控點1天時間，空三加密和DLG采集2天，外業(yè)調(diào)繪1天，總共需要4天時間。按每人日薪200元計算，該項目方案需投入2*4*200=1600元。

（2）傳統(tǒng)工程測量方案。若采用傳統(tǒng)工程測量方案，4個人（二個小組）采用GPS-RTK外業(yè)采集碎部點的測量方法進行。外業(yè)采集數(shù)據(jù)按照每小組0.05平方公里/天來計算，需要10天時間，內(nèi)業(yè)成圖需要4天，總共需要14天時間。按每人日薪200元計算，該項目方案需投入4*14*200=11200元。

6 結(jié)語

本次通過工程實例表明，在桂西鋁土礦礦區(qū)利用大疆消費級無人機通過內(nèi)置RTK技術(shù)，在加入像片控制點的條件下，可用于測繪大比例尺地形圖且精度能夠滿足1：1000地形圖要求。實踐過程存在一定的優(yōu)點和不足，分析如下：

（1）無人機航測優(yōu)勢明顯。在鋁土礦生產(chǎn)過程中的測繪工作包括：礦區(qū)原始地形測繪、采空區(qū)地形圖測繪、復(fù)墾地形圖測繪、采礦量計算等等繁重的測繪任務(wù)。經(jīng)過計算，采用大疆Phantom 4 RTK進行桂西鋁土礦山1：1000 DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)項目的外業(yè)踏勘、外業(yè)飛行、內(nèi)業(yè)處理以及人員投入成本和管理成本方面，可以節(jié)約大量企業(yè)成本，提高了效益，不僅成果精度可以保證，而且工作效率是傳統(tǒng)測繪方式的數(shù)倍甚至更高。

（2）樹木高度對數(shù)據(jù)的影響。DSM數(shù)據(jù)是包含地面附著物高程信息的數(shù)據(jù)，要想得到DEM，就要去除地面附著物如建筑物、植被等的高程信息。采礦前原始地茂較為繁茂，這種情況對于地物坐標數(shù)據(jù)影響很大而對于采空區(qū)和復(fù)墾區(qū)的地形測繪可不考慮樹高問題。在實際工作中怎么找到更好的去除樹高，減少地面附著物對測量成果的影響是我們下一步的研究方向。