关键词：无人机航测技术；矿山测量；应用研究
自北斗系统投入使用以来，我国的动态定位技术得到了快速发展，促进了现代化航空测量技术的发展。无人机航空测量技术是GPS动态定位技术、无人机技术、图像融合技术的集成体，具有精度高、测绘效率高的优势，尤其是矿山测绘中，因独特的优势而具有广阔的应用前景[1]。本文根据某矿山测绘工作，在总结无人机航空测量技术优势的基础上，简要的讲述了该技术在矿山测绘中的应用流程。
1现阶段无人机航测概述
随着现代社会的快速发展，传统信息技术的标准要求已不能满足社会发展的需要。在这种背景下，无人机航空摄影技术得到应用，无人机航空摄影系统是以无人机为平台，携带小型图像传感器，利用卫星导航技术和通信技术实现低空飞行的系统。这种技术是多种现代化手段的结合是一种新型遥感技术，具有应用广泛、高效、省时、劳动成本低的优点。应用范围是中等规模的测绘，具有智能化程度高、自动化程度高、专业标准高的特点，已在许多建设项目中应用于地理信息的测绘工作。具体优势表现如下：
1.1监测效率极高
在紧急情况下，无人机航空摄影可以在很宽的范围内对监控区域进行监控，并快速生成图像数据。对于一架无人机，其每周监测能力可达2100平方公里，大大提高了监测效率。
1.2收集数据信息精准
无人机航测技术可以探测人机航测的不可到达区域。因此，无人机航测技术获得的数据往往非常准确。
1.3处理效率高
与高分辨率卫星图像相比，无人机航拍图像分辨率更高，可以在10cm～50cm范围内。同时，无人机航空摄影数据采集速度更快，效率更高。
1.4作业周期短
飞行高度决定着飞行周期，通常飞行高度控制在1000m以下，这个高度对空域要求较低，因此不需要应用空域，这大大提高了工作效率，减少了工作阻碍，从而有助于缩短操作周期。
2矿山测绘中无人机航测发挥的作用
目前，我国经济发展水平迅速提高，对各种资源的需求不断增加，矿山开发也在不断增加。无人机航测的应用范围因其自身的优势和科学技术的发展而不断扩大。因此，无人机航测技术在矿山测绘中的应用需要加强对该技术的管理，保证测绘数据的准确性。由于矿山测绘的数据要求，在航测区应设置大量地面控制点，以获得全面准确的数据。无人机测绘系统作为现代测绘设备系统的重要组成部分，不仅在测绘应急保障服务中发挥着重要作用，而且在测绘的应急救援系统中发挥着重要作用。因此，无人机航测在矿山测量中的应用具有以下功能。
2.1加强矿山环境整治的重要措施
开采后，周围环境遭到破坏，周围环境得到修复，不影响矿山的顺利发展。然而，矿山的地理位置和地理环境都很差，因此很难得到基本的地理环境信息。低空飞行无人机技术的选择，可以在短时间内获取大量的数据，如彩色数据、多光谱遥感数据、处理数据等，为矿山定量和定性分析提供依据。
2.2为数据矿山建设提供依据
当信息管理系统开始运行时，需要大量的遥感图像、数字模型和地形图。这些数据是通过使用无人机在低空飞行模式收集的。在数据采集中，可以克服矿区的偏远山区，地势恶劣的问题，给数字矿山数据做好铺垫。
2.3矿山资源保护和利用
矿产资源是有限的资源，是不可再生的。合理利用资源，走可持续发展之路。虽然目前中国政府也开始采取调控措施，但在一些地方仍然存在一些分散和挖掘现象。在这方面，政府部门应该使用无监督矿区的无人机技术测绘实现动态监测以确保在我国矿产资源的合理利用。
3无人机航测技术的应用优势
3.1影像数据分辨率高
无人机航测以低空飞行为主，加之其所配影像设备为高分辨率传感器，因此所获影像数据分辨率高，可精确至厘米级。与传统人工测绘技术相比，无人机航测所获数据信息精度高、人为主观影响较小，从而使测绘结果更能反映真实状况，进而可更好的服务于矿山资源的后期规划与开采工作。同时，无人机航测技术的高分辨率优势可以更好的满足矿山测绘过程中各种比例尺的测图和监测等实际性需求，表现出其他技术无法比拟的应用优势。
3.2数据获取效率高
对于信息数据的获取，无人机航测技术快速而准确的表现使其应用优势得到了进一步加大。基于无人机航测特性的分析，其在运用现代软、硬件技术的基础上因飞行状态处于低空而有效规避了空域申请的各种限制。一般情况下，只要天气良好，飞行条件允许，无人机便可起飞作业，进而对信息数据采集及时性与连续性的有效保障而表现出显著的高效性。
3.3经济实用性强
无人机航测技术在矿山测绘应用过程中的经济实用性，主要以对计算机技术、信息技术与网络技术等高科技技术的应用为体现。在现代新兴技术的综合作用下，使得无人机航测技术表现出简单、灵活且易于操控的特点，因此在现代矿山测绘工作中彰显出了独特的应用优势，进而使其迅速得到了推广。在人类生活与生产节奏日益加快的当下，具有人工智能特性的无人机航测技术以其极高的自动化优势高效、高质、及时的为矿山测绘工作提供了必要性助力，实现了测绘数据的实时收集、分析以及决策，同时降低了成本投入，使现代矿山测绘工作表现出极强的经济实用性。
4无人机航测技术在矿山测绘中的应用
4.1航线设计和地面控制测量
在执行飞行任务之前，需要对测绘区域进行踏勘，了解测绘面积、地形等，并根据踏勘结果将测绘区域划分成若干子区，设计航线图。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将设计飞行高度、航向、航线、旁向和航向重叠度等内容标注在航线图中。地面控制测量是无人机航测技术的关键技术之一，是控制无人机飞行状况，决定航拍影像质量的关键环节之一，为了确保无人机在飞行过程中对测绘区域全面覆盖，需要对测绘区域进行控制点的布设工作。地面控制点布设一般按照区域网四角布设平面控制点，在布设过程中需结合航线间距、旁向和航向重叠度进行。在不同飞行区块的结合部位需要布设地面控制点，可以有效的提高影像拼接质量。
4.2空三加密测量
无人机航测过程中势必存在拍摄空白区域，如遮挡严重的区域可形成死角等，使得测绘区域局部的测量精度达不到航测的基本要求。基于此种情况，可以通过空三加密处理消除上述问题。空三加密是以航拍影像外的方位元素进行准确预算，结合计算机处理技术将测绘区域的干扰因素剔除，进而获得贴近真实情况的数据信息。因此，空三加密测量不仅能够有效的消除上述测量空白区的弊端，还能够提高测量精度，使得地形地貌条件差的测绘区域获得更高的精度。
4.3内业数据处理
在完成外业航拍影像数据的基础上，需要对航拍影像进行内业数据处理。将空三加密处理后的数据信息开展平面坐标的计算工作，并将不同影像在数据处理平台中拼接，开展同名像点的转点以及处理流程，可以有效的消除因航空拍摄相机产生的影像畸变，提高测绘精度。将初步处理的数据导入至数据处理软件中，进行内定向、去测平均高程等流程，开展矿山数据信息的采编流程。在完成上述操作之后，自动生成地形图等成果图件，对成果图件逐渐检查，检查质量是否满足生成需求、精度是否达到相应比例尺要求，若存在不合理，及时进行外业调绘工作直至将矿山地形图中的错误改正后，生成最终的成果图件。
5应用实例
5.1测区简介
矿区地处某山体北段山间盆地，属中山山地。本次测区位于矿区西北方向，其长宽尺寸分别为4225m与3677m，待测面积15.54km2。该测区地势呈中间高南北低走势，最高点海拔1232.54m，最低海拔912.67m，最大相对高差约320m；测区交通不便，基本为植被覆盖，且无建筑物，人工测绘难度较大。
5.2项目任务
为适应现代矿山企业发展建设不断加快的形势，满足加强安全生产，加大对煤矿规划管理力度的需要，对矿山进行航空数码测绘。内容包括1:2000及1:5000数字线划图（DLG）采集、数字正射影像图（DOM）、矿区地形地质图，以及验证无人机航摄系统用于矿山地形数据采集的测量精度。该测区采用Quickeye（快眼）Ⅱ型无人机搭载非量测型数码相机进行摄影作业，又布置大量的地面控制点然后对航飞数据通过区域网空中三角测量的自检法来计算全部系统误差根源对像点位置坐标的综合改正值。从而确定内方位元素和物镜的光学畸变值，实现相机的高精度标定；并将标定结果用于测绘产品生产，以此来对无人机摄影测量系统在小区域大比例尺地形图立体采集中所能达到的精度水平进行评估和验证。
5.3项目实施情况
5.3.1航线设计
以测区地形条件、测绘面积、形状规划及成图比例为参照，本次航测共设航线9条，均为东西方向航飞。旁向与航向重叠度分别大于35%与65%，设定航高1068m，18cm的分辨率，每条航线获取航片16张，定点曝光采用GPS飞控管理系统进行实时控制。
5.3.2地面控制
地面控制是由内业布点，外业人员野外刺点。本测区野外像片控制点的布设按照《1:500，1:1000，1:2000地形图航空摄影测量外业规范》中区域网布点要求进行布设。像片控制点布设在航向及旁向至少3片或4片重叠的范围内，共布设39个平高点，布设的像片控制点均可公用。采用GPSCORS网，其是通过现有的数据通信网络和无线数据播发网，向各类需要测量和导航的用户以国际通用格式提供码相位/载波相位差分修正信息，可实时解算出流动站的精确点位。平面坐标系统采用CGCS2000国家大地坐标系，高程基准采用1985国家高程基准。
5.3.3加密结果精度及采集精度评定分析
利用Inpho软件实施空三加密，它有着强大的粗差检测与平差计算功能。对于测区内所有加密点的地面坐标与影像的外方为元素，均可以利用少量地面控制点实现。
5.4成果精度分析
依据《低空数字航空摄影测量内业规范》（CH/Z3003―2010），通过平差结果的分析可知，本测区由无人飞行器搭载普通数码相机以1068m的相对航高进行航摄作业，通过检校加密纠正后，立体像可以满足地形图测图的1:2000的平面精度要求，进一步表明处于云下低空飞行的无人机航测系统所得到的影像数据具有极高的分辨率，且其精度也是有人飞机与卫星系统无法比拟的。因此，对于小区域大比例尺地形图测绘数据的获取，无人机航测技术表现出极强的可行性。分析采集结果可知，本次所获数据的绝对与相对定向及加密中的各项限差全部满足要求，虽然判别误差会影响到平面精度，但对高程精度不会形成较大改变，同时还可得知，在平面成图精度提升方面，该系统潜力表现较大，通过地面分辨率的适当放宽以及航高的增大，无人机航测技术还可实施小比例尺的地形图测绘。例如在成1：500与1：1000地形图时，设计地面分辨率分别为7.5cm和10cm，并且均以全野外布点或区域网空三加密为运用。
6结语
总体上，现代化无人机航测技术具有宽泛的使用条件和广阔的应用前景，该技术在矿山测绘中具有明显的优势，有效的降低的测绘成本，提高了测绘效率和测绘精度。本文以某矿山的地形图测绘过程为例，通过测量精度对比认为无人机航测技术能够满足大比例尺矿山测绘精度需求，且该技术具有低的成本、高的精度，更能够适用于测绘条件复杂的区域。
参考文献：
[1]贺文涛.无人机航空摄影测量技术在地形测量中的应用与实践[J].技术与市场,2019,26(01):56-57.
[2]胡黎霞,王建军.无人机航空摄影测量技术在大比例尺地形图测量中的应用[J].西部资源,2017(03):153-154.
[3]刘洋.无人机航空摄影测量技术在矿山地质环境治理中的应用分析[J].工程建设与设计,2018(20):267-268.
论文作者:刘毅
论文发表刊物:《科学与技术》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/29
标签：无人机论文; 矿山论文; 技术论文; 测量论文; 数据论文; 精度论文; 地形图论文; 《科学与技术》2020年第1期论文;