无人机航测系统在矿山地形测量中的应用探究

尹 瑱

（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽 蚌埠 233000）

目前，传统航空测量法、全站仪测量法已被广泛地应用于矿山地质测量中，但是这些方法都存在人力成本高、时间成本高、测量灵活性差的缺陷，加之大风、大雨天气的影响，测量时间较长。无人机技术的出现弥补了传统测量方式的不足，测量时间短、分辨率高、人工成本低，使矿山地形测量迈上了新的台阶。

1 无人机航测系统

无人机主要是由无人机遥控平台进行远程控制，以无人机搭载单反相机利用网络通信技术与信息技术对航测无人机发出拍摄指令。同时，通过遥控器可以改变无人机的飞行路线，实现无人机的低空飞行[1]，从而获得高分辨率的照片。在拍摄完毕后，使用计算机应用绘制高精度的地形图，反映矿山地形情况。

2 无人机航测系统在矿山地质测量中的主要步骤与方法

（1）相机像控点布设。在使用无人机航测前需要确定无人机拍摄位置，利用卫星定位技术对相机像控点设置。设置完毕后，由专业人员对无人机搭载的相机进行检校，查看摄像头是否发生损坏，相机能否正常成像等，确保航测无人机能够拍摄的影响准确、清晰。

（2）无人机摄影。在航测无人机中植入定位应用，确保无人机能够准确达到相机布控点进行拍摄，并对无人机反复调试，尽可能地避免航测无人机拍摄出模糊的影像。

（3）处理正射影像图。使用无人机拍摄完毕后，采用计算机软件制作正射影像图，通过对大量的方位元素进行分析，获得三维点，之后进一步分析航测图像。在制作正射影像图的过程中，需要小心、谨慎，最大限度避免正射影像图出错，从而保证测量数据分析的准确性。

（4）可视模型制作。对于处理正射影像图过程中的三维图像，一般会将建立可视化模型进行分析。通过可视化模型，分析人员可以直观地了解拍摄到的地形，并综合区域环境与人文环境进一步分析，对无人机航测系统的矿山地形测量具有重要的作用。

（5）空三加密计算。航测无人家对测量区域完毕后，可以通过解析方法获得相片外方位因素以及加密点坐标，校正相片数据，确保框坐标残值的绝对值为0度。并对测量地点的数据进行有效的处理，确保限差无误。加密计算时，分析人员还可通过自检校的平差手段减少地球曲率及大气折光对测量造成的误差，最大程度提高测量、计算结果的准确性。

（6）外业测绘与内业测图。使用无人机测量矿山地形时，需要对矿山的方向，明确矿体标注方向、宽度、高度等，使无人机地形测量的数据较为精确，可以较为准确地对矿山等测量。参考测量地区相机像控点的设置，采用专业的方法对测图的高程、平面坐标等准确计算，例如空中三角测量方法。如果测图与现实情况误差较大，需要再次使用无人机补测。

3 无人机航测系统在矿山地形测量中的具体应用

本文以某县矿山治理项目为测量对象，该区域矿山及周边面积约12平方千米，参考设计单位提供的1:5万线路中线方案，比较线与中线分比约为240米。该矿山大部分位于山地、丘陵地区，附近区域植被茂密，有居民区，地形崎岖、复杂。该区域矿山最高高程与最低高程分别为-4米、108米。

3.1 控制测量

该地段的控制测量采用GPS技术与全站仪测量法。在矿山区域中每隔2平方千米设置相机像控点，控制点为一双四等类型。之后，将导线点设置在相邻相机控制点之间，间距为500米。设置完毕后，由专业人员对无人机搭载的相机进行检校，查看摄像头是否发生损坏，相机能否正常成像。

3.2 航空摄影

在对该地段的走向调查后，拟设计3个飞行驾次，结合区域综合情况，设计每个航测无人机3条线路，对该地段以及附近区域进行测量。ZC-Ⅱ为本次无人机的飞行平台，无人机的飞控系统为YS09。本次航测选择佳能EOS 5D Mark Ⅲ单反相机，该相机焦距为36.03毫米。测量工作选择在无风/微风、晴天的天气下进行。航摄分辨率为0.3米。

3.3 相机像控点布设

本次使用1.3米方形喷绘图纸，以黄红相间的三角图案为布控点标志。由于该矿山地段大部分位于山地、丘陵地区，地形崎岖、复杂，视野范围较窄，相机像控点布标同时采用了人工的方式。选择正方向普通喷绘布，在喷绘布上绘制四个黄红相间的三角图案，力求无人机成像清晰、精确。

本次相机控制点通过全站仪导线等测量方法测量，使航测无人机成像精度与分辨率得到提升，降低测量成本，缩短测量时间。

3.4 空三加密计算

航测无人家对测量区域完毕后，可以通过解析方法获得相片外方位因素以及加密点坐标，校正相片数据，确保框坐标残值的绝对值为0度。并对该测量矿山地段的大气折光、主点位置以及畸变情况等进行数据处理与分析，进而提高测量、计算结果的准确性。相对定向时，矿山每个像对连接点的距离相同，并将连接点设置在相邻标准点位区。

3.5 正射影像图与可视模型的制作

待无人机拍摄完毕后，采用计算机软件制作正射影像图，测量人员对大量的方位元素谨慎分析后获得三维点，之后进一步分析航测图像。

之后将获得的三维点、三维图像建立可视化模型进行分析，直观地了解该矿山地段及周边地区的地形，并进一步研究矿山地质及矿体。

3.6 外业测绘与内业测图

采用全野外调绘后刺点测图进行内业测图，如果与现实情况误差较大，需要再次使用无人机补测。针对矿山两侧的地质情况，需要考虑到矿体的高度。

3.7 精度检查

检查该矿山地段附近的矿山隧道、矿体的高度、宽度等，划分区域内的矿体与不同地质，对测量区域内的电缆、高压线等线路的电压与分布情况进行调查与记录。

4 结语

综上所述，无人机航测系统在矿山地形测量中的应用具有精度高、灵活性好、受天气与环境影响程度小的优势，能够较好地适应地形复杂的航测环境，提升了我国矿山地形测量的质量与效率。