低空轻型无人机航测技术在矿山地形测绘中的应用探究

毛建华

（江西省勘察设计研究院，江西 南昌 330095）

随着无人机技术、航拍技术、定位技术和图像数据处理技术的快速发展，促进了测绘技术的飞跃发展，与传统的测绘技术相比而言，现代化的低空轻型无人机航测技术具有明显的优势，不仅大量减少了人力资源，缩短了测绘周期，更是实现了数字化测绘、现代化测绘的目的，提高了测绘效率[1]。低空轻型无人机航测技术是比较常用的快速形成大比例尺数字地形图的一种重要的手段，有效的提高了矿山地形测绘效率，提高了测绘效益。

1 低空轻型无人机的基本概况

低空轻型无人机一般指的是飞行高度小于500m的无人机，该类无人机具有较小的体积，较轻的重量和低空飞行的特点，其飞行可靠程度较高，一般采用4旋翼组成[2]。低空轻型无人机的主要技术指标一般分为两部分，一是飞行器，主要指标包含了无人机的重量、最大水平飞行速度（可达50km/h）、最大飞行时间（约30min）、可承受最大风速（10m/s）、工作环境的温度（0℃～40℃）；二是传感器及镜头，传感器和镜头直接影响着航拍影像的质量，因此，在低空轻型无人机中一般采用2000万像素的影像传感器和8.8mm的焦距。此外，低空轻型无人机与其他无人机相比而言，具有明显的优势，主要表现在以下几个方面：一是轻型无人机的成本极低，价格远小于其他无人机；二是低空轻型无人机重量轻，体积较小，便于携带，其安装步骤也极为简单，安装所需时间也极少；三是低空轻型无人机的操作步骤极为简单，不需要经过专业的培训，并具有自动起飞、拍摄、返航、降落的特征，即自动化程度极高；四是低空轻型无人机降落的场所要求低，仅几平方米的范围可以满足该类无人机的起飞与降落。低空轻型无人机因具有上述优越的条件，在矿山地形测绘中具有广泛的应用前景。

2 低空轻型无人机航测技术在矿山地形测绘中的应用

2.1 低空轻型无人机航测技术外业作业流程

通常来说，矿山地形测绘工作分为内业和外业两部分，外业测绘工作是整个矿山地形测绘工作的主体，外业的测绘质量也影响着后期室内数据处理的质量。因此，在外业测绘过程中要严格按照相关规范规定执行，将可能的影响因素排除或者尽可能的较低不良因素的影响。

外业测绘的流程见图1。

图1 低空轻型无人机航测技术外业作业流程示意图

2.2 外业航空摄影的设计

外业航空摄影的设计工作是根据低空轻型无人机的基本特征，按照无人机的飞行状况结合需测绘区域的地形地貌状况而制定的，如某矿山根据矿山海拔特征，可划分为3个摄影分区；飞行高度设计为420m，地面分辨率为0.11cm，航线沿矿山范围中线布置，其角度为155°，设定无人机飞行速度为10m/s，摄像速度为1/1000s，采用航点悬停拍照模式，根据矿山面积计算出航线的总长度，并计划拍摄208张相片。

2.3 外业航空摄影

外业航空摄影相片的质量高低是制约测绘总体质量的重要影响因素，因此，为了提高航空摄影相片的质量，必须保证低空轻型无人机的飞行质量，根据前文该类无人机特征可知，低空轻型无人机受天气变化影响较大，因此，一般选择天气晴朗、大气透明度高、飞速极为缓慢的时间执行计划，通常情况下，中午时分为每天较好的飞行时间段。此外，在飞行过程中要严格按照事先设计好的飞行分区进行，在完成飞行任务之后，要及时对相片的位置、数量和拍摄质量等开展检查工作，对于不符合要求的相片，要及时补拍，保证最终获得的相片质量可以满足矿山测绘的基本要求。

2.4 外业像控点布置与测量

像控点的布设是提高航空测绘质量及精度的有效措施，一般按照区域网四角布设平高控制点，并按照一定的间距和航向、旁向重叠的方式布设4条～5条基线[2]。此外，在不同分区影像的结合部位也需要布设相应的像控点，而检查点一般均匀的布设在矿山范围内。如某矿区根据矿山面积和航测分区共布设平高控制点14个，检查点12个。

2.5 内业中地形数据的采编

在完成上述外业操作的基础上进行内业地形数据的采编工作，在此之前，需要进行空中三角测量工作，计算外业拍摄影像的平面坐标，在处理平台中完成各个像片的拼接工作，并完成同名像点的转点、粗差剔除、像控点联测、区域网约束平差、校正等工作，尽可能的消除相机畸变参数，使其满足矿山地形图比例尺的基本精度要求。在完成空中三角测量数据处理的基础上，将处理后的数据导入MapMatrix4.2软件，进行内定向、相机畸变、去测平均高程等参数的建立工作，并进行矿山地形数据的采编工作[3]。采编工作完成之后，根据自动生成的矿山地形图中所表达的内容进行检查，对发现的问题及时处理，并进行外业调绘工作，调绘完成后再经过上述步骤的操作生成地形图，直至将地形图中的错误逐一调整后，生成最终的地形图。此外，低空轻型无人机受天气影响较大，因此，在无人机飞行过程容易出现飞机飞行不平衡等现象，导致相机存在畸变，降低分辨率等问题。为了有效的提高低空轻型无人机的飞行质量，可选择天气好、风力较小的时间段进行。由于低空轻型无人机的飞行时间和飞行高度受限较严重，因此，在飞行过程中一般采用分区飞行的方式进行航测，可以有效的提高飞行质量。

3 结语

综上所述，本文以低空轻型无人机为研究对象，讲述了该类无人机的基本特征，并结合某矿山地形测绘工作，讲述了低空轻型无人机在矿山地形测绘中的应用，分析了该类无人机在矿山测绘中的操作步骤及注意事项，与传统的测绘技术和其他无人机测绘技术相比，低空轻型无人机航测技术具有操作简便、成图快、成本低的特点，且该类无人机更适用于山区复杂的地形地貌区域，具有较广阔的应用前景。