劉萬松，嚴玉奎，劉沉香，于 暉，張廣利，趙 棟

（1.北京華星勘查新技術(shù)有限公司，北京 100035；2.中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

1 引言

隨著無人機技術(shù)的創(chuàng)新與推廣，該技術(shù)也應用于測繪等領(lǐng)域。水泥礦山地形起伏大，通行、通視條件差，如采用傳統(tǒng)測繪方式費時費力，利用低空無人機搭載高分辨率相機進行航空攝影，用航測的方法快速測繪大比例尺數(shù)字地形圖，能極大提高工作效率，降低工作成本。

2 低空輕型無人機特點

低空輕型無人機具有體積小、重量輕、低空(一般不超過500m)飛行的特點。其代表如大疆PHANTOM 4 PRO無人機，采用4旋翼，飛行可靠，主要技術(shù)指標見表1。

表1 PHANTOM 4 PRO主要技術(shù)指標

輕型多旋翼無人機有如下特點：

①價格低，成本只有其他無人機幾分之一；②便攜、宜安裝，單人從安裝到起飛只需幾分鐘；③易操作，不需特殊培訓，一鍵自動起飛、自動拍攝、自動返航、自動降落，整個過程由軟件自主控制；④對起降場地要求低，只需幾平米場地即可。

3 低空輕型無人機航空攝影測量實施

要實現(xiàn)大比例尺地形測繪，一般包括航空攝影，基礎控制點與像片控制點測量，空中三角測量，內(nèi)業(yè)測圖與編輯，外業(yè)調(diào)繪與檢查，圖幅整飾與成果整理等過程，下面以具體項目為例進行航測技術(shù)的探討。

3.1 任務概況

北京市房山區(qū)某水泥礦山，測區(qū)長約3km，寬約1km，作業(yè)面積2.6km2，測繪1∶2000比例尺數(shù)字地形圖，工期10天。由于水泥廠的開采，有很多的崩牙、陡坎，山區(qū)灌木、樹叢較多，通視、通行條件差，礦區(qū)入口處緊鄰村莊，有大片房屋，如采用傳統(tǒng)方式，短期完成較困難。根據(jù)本次測繪工作工期緊、測繪條件差的特點，采用輕型無人機航空攝影測量的方式進行地形測繪。

3.2 無人機數(shù)字航空攝影及像控點測量

要進行航測成圖一般分外業(yè)、內(nèi)業(yè)兩部分工作。外業(yè)的航空攝影及像控點測量流程見圖1。

圖1 無人機航測外業(yè)作業(yè)流程

3.2.1 航空攝影設計

根據(jù)測區(qū)情況，結(jié)合無人機性能，本次航空攝影設計如下：根據(jù)場地高程，劃分為2個攝影分區(qū)；地面分辨率0.11cm，飛行高度400m；航線角度沿測區(qū)中線布置，航線角度160°；像片航向重疊度75%(100m)，旁向重疊度60%(240m)；無人機飛行速度10m/s，快門速度1/1 000s，航點懸停拍照模式。航線總長度20 529m，6條航帶，預計4個架次，計劃拍攝198張像片。

3.2.2 航空攝影實施

為保證飛行質(zhì)量及拍攝影像清晰，航飛選擇天氣晴朗、大氣透明度較好的中午按照設計好的飛行計劃實施。航空攝影按分區(qū)分別進行，飛行完成后，對影像位置、數(shù)量、拍攝質(zhì)量等進行檢查，及時進行無人機補拍，影像快拼與飛行質(zhì)量檢查采用OKMatrix軟件進行。

3.2.3 像控點布設及測量

區(qū)域網(wǎng)四角布設平高控制點，按航向、旁向重疊以4～5條基線布設。分區(qū)影像結(jié)合處兩航線重疊范圍內(nèi)也布設像控點。檢查點均勻分布在測區(qū)范圍內(nèi)。測區(qū)范圍內(nèi)共計布置平高控制點15個，檢查點10個。像片控制點測量采用北京市CORS系統(tǒng)進行，像控點精度可靠。

3.3 空中三角測量及地形圖內(nèi)業(yè)采編

完成航空攝影及像控點的測量后，主要工作轉(zhuǎn)移到內(nèi)業(yè)。其作業(yè)流程如圖2所示。3.3.1 空中三角測量

圖2 航測內(nèi)業(yè)作業(yè)流程

空中三角測量采用INPHO7.0軟件的UASMaster及MATCH-AT模塊分步驟進行，先計算影像POS的平面坐標，在主模塊下完成航帶建立與拼接，用U A S M a s t e r模塊完成同名像點轉(zhuǎn)點，最后在MATCH-AT模塊完成粗差剔除、像控點聯(lián)測、區(qū)域網(wǎng)約束平差，在平差基礎上進行相機自檢校后，求出相機像主點坐標與相機畸變參數(shù)。平差后檢查的精度情況如表2所示，其點平面位中誤差優(yōu)于10cm，高程中誤差優(yōu)于15cm，滿足1∶2000地形圖的精度。

表2 空中三角測量精度統(tǒng)計表(m)

3.3.2 地形數(shù)據(jù)的采編

將空中三角測量數(shù)據(jù)導入MapMatrix4.2軟件，依次輸入內(nèi)定向、相機畸變、測區(qū)平均高程、影像分辨率等參數(shù)，編輯外方位元素、立體相對創(chuàng)建、實時核線建立后，進行內(nèi)業(yè)地形數(shù)據(jù)的采編。數(shù)據(jù)初步采集完成后，根據(jù)內(nèi)業(yè)采編過程中發(fā)現(xiàn)的問題，進行外業(yè)調(diào)繪，調(diào)繪完成后進行地形數(shù)據(jù)編輯，完成地形圖成果。

整個測繪工作由1個作業(yè)組用時8天完成。由于小型無人機飛行姿態(tài)易受影響，相機存在畸變、分辨率不夠高等因素，在具體作業(yè)過程中應選擇天氣較好、風力較小時進行；受無人機飛行高度限制，對于面積廣、起伏大的測區(qū)應劃分為多個測區(qū)分區(qū)進行航測。為保證拍攝質(zhì)量，相機設置成手動、焦距無限遠；拍攝航向、旁向重疊率盡量大一些；相機自檢校求得相機的畸變參數(shù)非常必要。

4 結(jié)語

采用低空輕型無人機航測方式進行水泥礦山的地形測繪是完全可行的，工作效率遠優(yōu)于傳統(tǒng)作業(yè)方式，其成本低、易操作、成圖快，尤其適用于山區(qū)復雜地形或居民居住較多的情況，是一種高效便捷的作業(yè)方法。

[1]張祖勛，張劍清.數(shù)字攝影測量[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，1996.

[2]文道平，吳杰.無人機低空攝影測量在云南高原山區(qū)風電場地形測量中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2015(4）：32-33.