无人机航测用于桂西铝土矿山1：1000 DLG数据生产实践分析

吕红连

（广西华银铝业有限公司，广西 百色 533000）

关健词：无人机；DLG；实践

无人机航空摄影测量是一种新型高效的低空遥感影像获取技术，具有响应迅速、机动性高、使用便捷、受空域管制和天气的影响较低，能够适应不同测区能力，是卫星遥感和大飞机航空摄影的有力补充。随着无人机技术的快速发展及民用化程度的不断提高，无人机在露天矿山测量领域的技术研究也在不断拓展。

1 测区概况及作业流程

（1）测区概况。广西壮族自治区的优质铝土矿资源储藏丰富，约占全国总储量的1/4，主要为堆积型铝土矿。该矿体面积约1平方公里。测区为典型的喀斯特地貌，地势起伏较大，无高大建筑物，地面植被覆盖茂密以树木、低矮灌木和农作物为主。亚热带季风气候，夏天无暑、冬无严寒，交通较为方便，适合无人进行低空摄影测量。本次工程平面坐标系为国家2000坐标系，高程系统为1985国家高程基准。

（2）作业流程。本文根据该矿体实地调查的测区情况，结合现有资料以及相关技术规范要求，设计如下的无人机航摄技术路线，如图1所示。

图1 作业流程

2 无人机系统参数及航测技术方法

（1）软硬件。无人机选用是大疆精灵Phantom 4 RTK，一款小型多旋翼高精度航测无人机，面向低空摄影测量应用，具备厘米级导航定位系统和高性能成像系统，便携易用，全面提升航测效率。平台内部载有影像传感器、自动驾驶模块和RTK测量模块。

（2）影像处理软件。市面上影像处理软件较多，例如：Infho、PhotoScan、Pix4D等。本文选取PIX4DMapper是目前最流行的一款软件，和传统的基于共线方程进行空三加密的软件不同，这款软件基于计算机图像识别原理来进行空三加密，软件操作简单，人工干预少，是刚进入航测行业用户的首选软件。这款软件不光可以进行空三加密，还可以输出DOM正射影像，DSM数字表面模型，及各种实景三维模型，包括后期处理使用最多的OSGB格式。

（3）立体测图软件。立体测量软件选择众多，一般有Photoscan、南方数码iData等，本文选用的是清华山维EPS立体测图软件。

3 航测外业及内业数据处理

3.1 航测外业

（1）航线规划。因桂西铝土矿山高差起伏大、地物单一地形因素的影响，容易出现航摄漏洞，最好进行摄影分区，使分区内的高差满足航飞要求；综合考虑季节、天气、太阳高度角、阴影倍数等，选择合适的航飞时间；像控点的布设重点考虑布点方式、布点个数、采集精度等；在规划航线时应尽量避开无矿的高大石山，以防“炸机”风险。根据地面分辨率、相机参数、焦距、地形等情况，进行飞行航线的规划和飞行参数的设置。设置航向与旁向重叠度均为80%，地面分辨率2.47cm，相对航高为120m。

（2）像控点布设与测量。像控点布设一般采用区域网布点方案，布点个数根据测区地形调整，飞1:1000比例尺的成果，每0.3个平方公里布设5个像控点合适，该项目布设16个像控点。布设像控点之前要做好准备工作，首先要检查航测区域的地质地貌条件，准备好油性喷漆、标靶板（木板或者做的硬纸板）。其次像控点应选在印象明晰的地物点上，当刺点方针与方位不能统筹时，以方针为主。测量方式采用GNSS RTK测量模式，丈量时，气泡居中或者用三角支撑杆固定，承认好所测像控点方位以及对应点号，不能搞错点号与之对应的坐标。像片控制点中的平面控制点要求选在影像清晰的细小线状地物点、明显地物拐角点，高程控制点还要求高程起伏较小，选点困难地区，可考虑实地布设控制点。为了满足大比例测图需求，一般采用实地布设控制点。

3.2 内业数据处理

利用Pix4Dmapper在导入原始航片和POS数据后，进行影像预处理，修正影像畸变和相机检校；加入外业控制点，本地处理中勾选全面高精度处理，点击开始就进入全自动运行模式。运行完成后软件弹出质量报告。质量报告主要检查区域网空三误差、相机参数优化质量和控制点残差。数字线划图(DLG)则要根据生成正射影像图(DOM)、数字表面模型(DSM)、点云等数据借助立体测图软件以及外业调绘等进一步生产。

3.3 调绘与补测

主要采用先采集后调绘的方法。根据构橡的规律和特点，识别出地面上相应物体的性质和数量，把像片上所有必要的地物和没有在像片上显示出来的重要的隐蔽地物和地貌元素，在野外调查补测绘出，并且适当地加以综合取舍，用正确的图例符号表示出来，再把这些内容编制在地图上。

4 精度分析

（1）精度检核方法。为了探究本次实践数据的可靠性，在测区内选取10个具有明显特征的检核点，利用采用GNSS接收机RTK模式进行坐标的数据采集与影像上对应点的量测取的检核点的坐标数据进行比对，从而来精度评定。

（2）对比结果。实测坐标与图上量取坐标及误差见表1。

表1 无人机航空摄影实际测量坐标与图上量取坐标及误差

（3）精度评定。依据《GB/T24356-2009测绘成果质量检查与验收》，按同精度检测，地物点的点位中误差计算公式为：

平面坐标点位中误差为0.026，满足《GB/T 7930-2008 1：500 1:1000 1：2000地形图航空摄影测量内业规范》的精度要求。

5 成本对比分析

测区因地形地物的高差、复杂程度、天气等各种原因导致费用成本相差非常大，因些以本项目为例。在现有条件一致的情况下，对测量成本进行对比。

（1）无人机方案。采用无人航测方案共投入2个人（一个小组）。外业航飞和布设像控点1天时间，空三加密和DLG采集2天，外业调绘1天，总共需要4天时间。按每人日薪200元计算，该项目方案需投入2*4*200=1600元。

（2）传统工程测量方案。若采用传统工程测量方案，4个人（二个小组）采用GPS-RTK外业采集碎部点的测量方法进行。外业采集数据按照每小组0.05平方公里/天来计算，需要10天时间，内业成图需要4天，总共需要14天时间。按每人日薪200元计算，该项目方案需投入4*14*200=11200元。

6 结语

本次通过工程实例表明，在桂西铝土矿矿区利用大疆消费级无人机通过内置RTK技术，在加入像片控制点的条件下，可用于测绘大比例尺地形图且精度能够满足1：1000地形图要求。实践过程存在一定的优点和不足，分析如下：

（1）无人机航测优势明显。在铝土矿生产过程中的测绘工作包括：矿区原始地形测绘、采空区地形图测绘、复垦地形图测绘、采矿量计算等等繁重的测绘任务。经过计算，采用大疆Phantom 4 RTK进行桂西铝土矿山1：1000 DLG数据生产项目的外业踏勘、外业飞行、内业处理以及人员投入成本和管理成本方面，可以节约大量企业成本，提高了效益，不仅成果精度可以保证，而且工作效率是传统测绘方式的数倍甚至更高。

（2）树木高度对数据的影响。DSM数据是包含地面附着物高程信息的数据，要想得到DEM，就要去除地面附着物如建筑物、植被等的高程信息。采矿前原始地茂较为繁茂，这种情况对于地物坐标数据影响很大而对于采空区和复垦区的地形测绘可不考虑树高问题。在实际工作中怎么找到更好的去除树高，减少地面附着物对测量成果的影响是我们下一步的研究方向。