無人機(jī)航測系統(tǒng)在地質(zhì)測繪領(lǐng)域的實踐探索

雷海智 ，謝繼香

（1.青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點實驗室，西寧 810008；2.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，西寧 810008）

1 引言

在先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的帶動下，越來越多的先進(jìn)技術(shù)得以產(chǎn)生，并且在很多領(lǐng)域發(fā)揮著積極作用，以無人機(jī)技術(shù)為例，配合相應(yīng)的航測技術(shù)，在地質(zhì)測繪領(lǐng)域表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。相比人工測量，無人機(jī)航測系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷的優(yōu)勢，而且受地形地貌因素的影響較小，對于一些危險區(qū)域的測繪有著良好的應(yīng)用效果，因此成為航拍影像和地質(zhì)測繪圖獲取的重要手段【1】。

2 無人機(jī)航測系統(tǒng)

無人機(jī)航測系統(tǒng)大致包含了無人機(jī)、GPS 定位導(dǎo)航和攝影傳感器3 個核心組成部分，無人機(jī)本身具有機(jī)動性強(qiáng)、專業(yè)化程度高、成本低廉等特點，其在飛行過程中，可以借助相應(yīng)的輔助設(shè)施，如飛行平臺、操作系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通信裝置、信息處理系統(tǒng)等，有效地完成對于相關(guān)數(shù)據(jù)信息的采集，而且無人機(jī)航測系統(tǒng)的操作簡單，靈活性強(qiáng)，可以得到精度較高的影像，而且不會受到地形因素的影響。

3 無人機(jī)航測系統(tǒng)在地質(zhì)測繪領(lǐng)域的實踐

無人機(jī)航測系統(tǒng)的出現(xiàn)，能夠?qū)鹘y(tǒng)測量技術(shù)容易受到復(fù)雜地形影響的問題進(jìn)行解決，提升測量工作的便利性，保證地質(zhì)測量的效果【2】。無人機(jī)航測系統(tǒng)在實施地質(zhì)測量的過程中，主要的階段包括測區(qū)踏勘、技術(shù)參數(shù)設(shè)計、像控點布設(shè)、航攝實施、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集等，無人機(jī)的航拍技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 無人機(jī)航拍技術(shù)參數(shù)

3.1 控制點測量

以該森林公園區(qū)域的地質(zhì)測繪工作為例，在借助無人機(jī)航測系統(tǒng)進(jìn)行地質(zhì)測繪的過程中，工作人員在充分考慮區(qū)域各種條件的情況下，選擇先對像控點進(jìn)行設(shè)置，然后對照像控點開展無人機(jī)航空攝影，為了保證測量的成果，選擇1980 西安坐標(biāo)系中的相關(guān)控制點，這些控制點可以實現(xiàn)對于待測量區(qū)域的全面覆蓋，為各項工作的順利實施奠定堅實基礎(chǔ)。在對像控點進(jìn)行設(shè)置時，工作人員更加傾向于將其布置在航向重疊和旁向重疊區(qū)域，這樣可以保證像控點的公用性，若確實無法滿足公用性的要求，則需要借助分別布點來避免漏洞的出現(xiàn)。測量環(huán)節(jié)對于測量精度有著較高的要求，而結(jié)合測量的實際情況，無人機(jī)航測系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)在平面精度和高程精度方面都可以滿足相應(yīng)的需求，也可以促進(jìn)測量作業(yè)效率的提高【3】。對于地質(zhì)測繪人員而言，需要提前在智能手機(jī)或手持式終端設(shè)備中安裝相應(yīng)的軟件，然后導(dǎo)入像控點的位置信息，借助相應(yīng)的衛(wèi)星地圖，工作人員能夠?qū)崿F(xiàn)像控點位置的精準(zhǔn)和快速定位，然后結(jié)合實際測量線路來合理規(guī)劃像控點的位置。從提高像控點測量精度的角度出發(fā)，工作人員從所有的像控點中隨機(jī)選擇18 個像控點進(jìn)行檢測工作，得到像控點的平面中誤差以及高程中誤差分別為±0.025m 和±0.035m，能夠很好地滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。依照無人機(jī)航跡線對像控點的分布進(jìn)行設(shè)計時，設(shè)置的像控點的數(shù)量為80 個，在地面上利用環(huán)保涂料，涂匯出100cm 的十字形標(biāo)志，以方便無人機(jī)辨識。

3.2 數(shù)據(jù)處理

3.2.1 檢查影像質(zhì)量

無人機(jī)航測結(jié)束后，工作人員需要依照無人機(jī)測量獲取到的數(shù)據(jù)信息，就飛行和影像的質(zhì)量進(jìn)行檢查，其中，飛行質(zhì)量的檢查內(nèi)容有很多，如影像重疊度、航線彎曲度、高度變化、像片傾角和旋角等，確認(rèn)航拍范圍是否可以很好地滿足任務(wù)需求；影像質(zhì)量檢查的內(nèi)容同樣十分豐富，包括影像本身的層次、色調(diào)、反差、清晰度等，以此來查看通過影像，是否可以對一些相對細(xì)小的地物進(jìn)行識別，并以此為基礎(chǔ)做好立體模型構(gòu)建，就影像中是否存在比較明顯的缺陷，如大面積的污點、反光、陰影等，看其是否會影響模型的構(gòu)建和使用。不僅如此，工作人員在對影像質(zhì)量進(jìn)行檢查的過程中，還應(yīng)該充分考慮無人機(jī)在拍攝過程中的飛行速度，做好曝光瞬間的像點位移，確保其能夠滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。若發(fā)現(xiàn)影像質(zhì)量較差，無法滿足作業(yè)要求，工作人員必須重新對測繪計劃進(jìn)行擬定，做好局部區(qū)域的補(bǔ)飛乃至整體區(qū)域的重飛工作。

3.2.2 空三加密測圖

結(jié)合相關(guān)地質(zhì)測繪項目的實際情況，采用PIX4D 的方式實施內(nèi)業(yè)作業(yè)，而空三加密環(huán)節(jié)，需要切實保障各項參數(shù)的有效性，確定好相對定向和絕對定向，要求其能夠達(dá)到設(shè)計規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。在實施內(nèi)業(yè)矢量測圖的過程中，可以利用全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)，切實做好立體數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集的過程中，需要采用統(tǒng)一的線型庫以及符號庫，結(jié)合內(nèi)業(yè)定位以及外業(yè)定性的基本原則，以立體模型為支撐，完成對于地貌信息的采集工作。數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束后，工作人員應(yīng)檢查數(shù)據(jù)信息的完整性和準(zhǔn)確性，確保不存在移位和缺失的情況，再使用CACC 軟件，對矢量地形圖進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化工作，得到能夠滿足設(shè)計方要求的格式地形圖。另外，在實施外業(yè)調(diào)匯的過程中，可以采用的作業(yè)方法有2 種，分別是影像調(diào)匯和線劃圖調(diào)匯，調(diào)匯的影像數(shù)據(jù)需要使用空三自動匹配點進(jìn)行粗校正，形成數(shù)字正射影像圖DOM，然后依照1∶1 000 的比例尺分塊打??；線劃圖的調(diào)匯則需要利用采集到的成果數(shù)據(jù)回放圖，將其作為底圖進(jìn)行調(diào)匯工作【4】。

在實施外業(yè)調(diào)匯的過程中，工作人員應(yīng)關(guān)注新增地物和地貌要素等，對于一些存在樹木遮擋的地物，可選擇幾何法、交會法等，對照地物點進(jìn)行補(bǔ)量，對于分布在測區(qū)內(nèi)的公路，應(yīng)該依照實地位置，做好名稱、等級、寬度等的調(diào)匯。

3.2.3 結(jié)果精度分析

在相應(yīng)的地質(zhì)測繪項目中，實際測繪長度42km，一共得到1∶1 000 圖幅102 幅。隨機(jī)抽取10 幅成圖實施精度統(tǒng)計，結(jié)果顯示，依照1∶1 000 地形圖精度要求，項目抽檢的10 幅數(shù)字線劃地圖的平地部分中，無論是平面位置中誤差還是高程中誤差都能夠滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

在地質(zhì)測繪領(lǐng)域，無人機(jī)航測技術(shù)相比于傳統(tǒng)的人工測量，在效率和質(zhì)量上要高得多，能夠很好地應(yīng)對復(fù)雜地形區(qū)域測量的要求，而借助抽樣檢測的方式，驗證了無人機(jī)航測系統(tǒng)能夠滿足1∶1 000 帶狀地形圖的繪制，而且其所具備的機(jī)動性、靈活性、高效性、精準(zhǔn)性等優(yōu)勢，使得無人機(jī)航測系統(tǒng)得到了越發(fā)廣泛的應(yīng)用，能夠為地質(zhì)圖的測繪工作提供可靠的數(shù)據(jù)信息。