韋云峰

（晉能控股集團(tuán)晉圣坡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司井田范圍內(nèi)近年來(lái)已有較多的建（構(gòu)）筑物新建或擴(kuò)建，居民區(qū)村莊和地形地貌都有了很大的改變，原有地形圖已不能滿足指導(dǎo)礦井建設(shè)和井下采掘工程需要。常規(guī)地形圖測(cè)繪方法包括大平板儀測(cè)圖法、小平板儀和經(jīng)緯儀聯(lián)合測(cè)圖法、電子全站儀、GPS 測(cè)繪等，但這些測(cè)繪方法具有耗時(shí)長(zhǎng)、人工強(qiáng)度大、測(cè)繪效率低、易受人為操作及天氣變化因素影響、作業(yè)條件及數(shù)據(jù)精度較差等特點(diǎn)。隨著科技迅猛發(fā)展，工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ诩皶r(shí)準(zhǔn)確獲取空間信息提出了更高的要求。無(wú)人機(jī)作為一種新興的測(cè)繪技術(shù)，具有獲取空間信息速度快、精度高、數(shù)字化程度高、作業(yè)安全等優(yōu)點(diǎn)，并且在小區(qū)域大比例尺測(cè)圖領(lǐng)域具有比常規(guī)測(cè)圖不可替代的優(yōu)勢(shì)，不僅具有正射影像、實(shí)景三維模型，可以真實(shí)反映地物的外觀位置、高程等屬性，還可輸出點(diǎn)云數(shù)據(jù)、DLG 等多種成果資料，對(duì)于生產(chǎn)設(shè)計(jì)布局都有非常好的應(yīng)用效果[1]。本文介紹采用無(wú)人機(jī)測(cè)繪霍爾辛赫煤業(yè)井田范圍內(nèi)地形圖的應(yīng)用效果。

1 工程概況

1.1 礦井概況

霍爾辛赫煤業(yè)位于山西省長(zhǎng)治市長(zhǎng)子縣縣城東南約5 km 處，行政隸屬長(zhǎng)子縣丹朱鎮(zhèn)。井田地理坐標(biāo)為：東經(jīng)112°53＇21＂～112°57＇17＂，北緯36°04＇39＂～36°12＇07＂。井田東部1.5 km 處有太焦鐵路經(jīng)過(guò)，交通極為方便。本井田位于太行山中段的長(zhǎng)治盆地西側(cè)，地貌屬?zèng)_積平原、河谷平原，地形總體呈西高東低。

1.2 已有資料收集情況

（1）收集到測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的1∶1 萬(wàn)地形圖，為原山西省測(cè)繪局1995 年10 月航攝，1999 年11 月調(diào)繪，2005 年5 月成圖，1993 年版圖式。1∶1 萬(wàn)地形圖成圖已二十余年，地形、地物變化較大，但可作為布設(shè)E 級(jí)GPS 點(diǎn)和像控點(diǎn)之用。

（2）收集到測(cè)區(qū)C 級(jí)GPS 點(diǎn)有C02、C03、C05和D 級(jí)GPS 點(diǎn)有D07、D25、西張堡、市澤村共7 點(diǎn)。前5 個(gè)點(diǎn)為山西省地質(zhì)測(cè)繪院于2016 年6 月所做，后2 個(gè)點(diǎn)為山西省測(cè)繪工程院所做。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，各點(diǎn)標(biāo)石保存完整，測(cè)前要經(jīng)過(guò)檢測(cè)，如果精度符合規(guī)范，則可用于本次測(cè)繪起算。

2 地形測(cè)繪要求

2.1 技術(shù)要求

（1）平面坐標(biāo)系：CGCS2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系。

（2）高程基準(zhǔn)：1 985 國(guó)家高程基準(zhǔn)。

（3）投影和分帶：高斯- 克呂格地圖投影3°分帶，中央子午線114°。

（4）成圖比例尺：1∶2 000，縮編1∶5 000 和1∶10 000。

（5）基本等高距：1∶2 000 地形圖采用1 m 等高距；1∶5 000、1∶10 000 地形圖采用2 m 等高距。

（6）1∶2 000 DOM 地面分辨率：優(yōu)于0.2 m；1∶5 000 DOM 地面分辨率：優(yōu)于0.5 m；傾斜攝影影像分辨率：優(yōu)于0.03 m。

2.2 精度指標(biāo)

（1）E 級(jí)GPS 控制點(diǎn)精度

根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》及《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定，精度要求如下：相較于起算點(diǎn)，起平面點(diǎn)位誤差范圍為±5 cm，高程誤差范圍為±5 cm[2]。

（2）數(shù)字線劃圖平面位置精度

根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》，圖中地物點(diǎn)同鄰近控制點(diǎn)的平面位置誤差范圍如表1 所示，最大允許誤差應(yīng)小于其兩倍。

表1 平面位置中誤差限差

（3）數(shù)字正射影像圖精度

①根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》，數(shù)字正射影像圖的平面位置誤差范圍如表2 所示，最大允許誤差應(yīng)小于其兩倍。

表2 平面位置中誤差限差

②接邊精度：數(shù)字正射影像圖影像數(shù)據(jù)接邊誤差不大于2 個(gè)像素；矢量數(shù)據(jù)應(yīng)無(wú)縫接邊。

3 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)大致分為五大階段，即準(zhǔn)備工作、像控點(diǎn)測(cè)試、外業(yè)航攝、外業(yè)調(diào)繪和內(nèi)業(yè)成圖。

3.1 準(zhǔn)備工作

（1）飛行空域狀況

測(cè)區(qū)位于長(zhǎng)子縣丹朱鎮(zhèn)以東區(qū)域，無(wú)人機(jī)飛行高度不超過(guò)300 m。附近無(wú)軍事區(qū)域、民用機(jī)場(chǎng)等情況，同時(shí)無(wú)人機(jī)飛行路線不與民航航路重疊，空域狀況滿足無(wú)人機(jī)飛行條件。

（2）攝區(qū)基本技術(shù)要求

①無(wú)人機(jī)航拍獲取影像是可進(jìn)行立體測(cè)量的真彩色數(shù)字影像。

②根據(jù)規(guī)范精度要求，本次飛行設(shè)計(jì)地面分辨率3 cm，相對(duì)航高180 m，航向重疊80%，旁向重疊65%，采用D2000 搭載全畫幅SONY a6000五鏡頭數(shù)碼相機(jī)，共設(shè)計(jì)13 個(gè)區(qū)塊進(jìn)行飛行作業(yè)。

3.2 像控點(diǎn)測(cè)量

因D2000 所采用GPS 為PPK 后差分技術(shù)，可輸出cm 級(jí)高精度定位信息，能很大程度上減少像控點(diǎn)的布置.本次作業(yè)共布設(shè)了435 個(gè)像控點(diǎn)，其中40 點(diǎn)做為檢查點(diǎn)。航攝設(shè)計(jì)范圍用如圖1 所示。

圖1 航攝設(shè)計(jì)范圍用

3.3 外出航攝飛行

（1）飛行航線規(guī)劃

嚴(yán)格按照技術(shù)設(shè)計(jì)書設(shè)計(jì)的參數(shù)和要求無(wú)偏差執(zhí)行航拍作業(yè)。本次航測(cè)采用飛馬D2000 無(wú)人機(jī)結(jié)合D-0P3000 航攝相機(jī)作業(yè)，該機(jī)型具有高精度、長(zhǎng)續(xù)航、大面積作業(yè)等一系列優(yōu)勢(shì)。通過(guò)無(wú)人機(jī)管家，按照規(guī)范中對(duì)旁向、航向的重疊度的相關(guān)要求，綜合考慮區(qū)域地質(zhì)和天氣狀況等因素，對(duì)無(wú)人機(jī)航線進(jìn)行規(guī)劃。

（2）飛行實(shí)施

選擇天氣晴朗、微風(fēng)且能見度高的時(shí)段實(shí)施作業(yè)，正確組裝旋翼無(wú)人機(jī)和航攝相機(jī)，并根據(jù)說(shuō)明書中的檢查步驟對(duì)各設(shè)備進(jìn)行逐一檢查。無(wú)人機(jī)完成作業(yè)后，對(duì)其所獲取的POS 點(diǎn)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)下載保存、整理備份。無(wú)人機(jī)部分航線作業(yè)規(guī)劃如圖2 所示。

本次航飛歷時(shí)12 天，共計(jì)42.1 小時(shí)。每日飛行5～6 個(gè)架次，13 個(gè)區(qū)塊合計(jì)飛行64 個(gè)架次，所做航片影像清晰，無(wú)漏洞，重疊度符合要求。地面分辨率小于3 cm，總片數(shù)231 095 張。考慮到井田四周地形圖的精度，航飛時(shí)沿邊界向外擴(kuò)大0.5 m，實(shí)際航測(cè)面積為73.20 km2。預(yù)計(jì)航飛時(shí)間32.38 h，因?yàn)閮A斜攝影每個(gè)區(qū)塊外擴(kuò)4 條航線，實(shí)際航飛時(shí)間42.1 h。

（3）GPS 解算

GPS 解算，即利用相機(jī)檢校和改正功能對(duì)所獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[3]。

①由每個(gè)像控點(diǎn)的平面坐標(biāo)和經(jīng)緯度求取了測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的七參數(shù)。

②通過(guò)POS 數(shù)據(jù)及地面參數(shù)對(duì)所獲取的每張影像實(shí)施后處理解算，從而得出其外方位元素。

（4）空三處理

①通過(guò)所獲取的影像數(shù)據(jù)及空中三角測(cè)量加密成果，采用影像密集匹配技術(shù)，從而得出影像匹配點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

②通過(guò)深度密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建TIN 模型。

③利用第五鏡頭的影像資料，通過(guò)無(wú)人機(jī)管家軟件的智能控制點(diǎn)測(cè)量、一鍵匹配和空三解算等功能，得到精度報(bào)告、點(diǎn)云、DEM、DOM、空三結(jié)果及無(wú)畸變影像，最后在EPS 中生成模型，導(dǎo)入第三方立測(cè)軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)編輯成圖[4]。

3.4 外業(yè)調(diào)繪

調(diào)繪工作可確保地形圖的地理精度滿足工程使用要求。調(diào)繪的內(nèi)容包括房屋結(jié)構(gòu)、層數(shù)，陽(yáng)臺(tái)、飄樓及房檐情況；管線（電力線和通訊線）連線，植被信息，溝渠流向；道路的名稱、鋪設(shè)材料；企業(yè)單位名稱；耕地為旱地還是水澆地；經(jīng)濟(jì)林品種等，具體工作以規(guī)范、設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。

3.5 內(nèi)業(yè)成圖

采用EPS 三維測(cè)圖構(gòu)建立體像對(duì)和CASS10.1軟件，進(jìn)行內(nèi)業(yè)的立體采編和繪制。數(shù)據(jù)采集依照規(guī)定的層色進(jìn)行各要素的采集，根據(jù)模型對(duì)地形的特征線、斷裂線、等高線、碎部點(diǎn)、散點(diǎn)和所有地物、地貌元素的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行采集[5]。等高線采集首曲線等高距1 m，碎部點(diǎn)高程測(cè)至0.01 m，其密度在圖上每100 cm2內(nèi)注記10～15 個(gè)點(diǎn)，首選地物、地形特征點(diǎn)。如在電線轉(zhuǎn)折點(diǎn)分岔點(diǎn)及高壓電桿要測(cè)注電桿的地面高程，鐵路軌頂（曲線段取內(nèi)軌項(xiàng)），公路及大車路的路面中心（每隔100～200 m）及交叉轉(zhuǎn)折處、車行橋面等測(cè)注高程注記點(diǎn)。隧道、涵洞測(cè)注底面高程。河流、小溪及水塘水涯線上圖上每隔10～15 cm測(cè)注一個(gè)水位高程點(diǎn)。

4 結(jié)論

1）本次測(cè)量工作內(nèi)外業(yè)歷時(shí)33 天，完成主要工作量包括：

（1）施測(cè)E 級(jí)GPS 控制點(diǎn)22 個(gè)。

（2）航測(cè)井田范圍內(nèi)影像71.394 7 km2，實(shí)際影像73.21 km2。測(cè)量像控點(diǎn)435 個(gè)。

（3）處理正射影像和三維模型各71.394 7 km2。

（4） 施測(cè)1∶2 000 數(shù)字化地形圖71.394 7 km2?？s編井田范圍1∶5 000、1∶10 000 地形圖各一份。

（5）分幅打印了井田范圍內(nèi)81 張1∶2 000 地形圖。

2）存在的問(wèn)題及下一步措施：

（1）該測(cè)量區(qū)域地形起伏不大，視野開闊，但控制點(diǎn)的選取難度大，衛(wèi)星信號(hào)接受干擾因素較多，因此只有采取延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間來(lái)提高控制點(diǎn)的精度。

（2）測(cè)量施工期間雖然為冬季，地表植被稀少，但有些地方仍有荒草，植物秸稈等覆蓋，因此不便于整體提取高程，我們采用鼠標(biāo)在裸地采集必要的特征點(diǎn)，合計(jì)采集高程點(diǎn)84.495 8 萬(wàn)個(gè)，每平方公里平均1.18 萬(wàn)個(gè)高程點(diǎn)，保證了等高線的走向正確性，但弊病是等高線看起來(lái)不是很流暢，需要在后期進(jìn)行處理。

（3）長(zhǎng)子縣為農(nóng)業(yè)大縣，井田范圍內(nèi)涉及到42 個(gè)村莊及縣城東部部分居民區(qū)，地勢(shì)較為平坦，老百姓以種植玉米、蔬菜為主，隨著礦區(qū)工作面的回采，塌陷的區(qū)域?qū)⒃絹?lái)越多，直接影響到當(dāng)?shù)匕傩盏姆N植，因此需要礦方和當(dāng)?shù)卣⒁獾匦螆D的更新和土地生態(tài)修復(fù)工作。