无人机航测在矿山测绘中的实际应用

技术与市场技术研发2014年第21卷第9期无人机航测在矿山测绘中的实际应用王鸿鸽(山西省煤炭工业厅资源地质局,山西太原030045)摘　要:通过无人机航测在矿山地形图测绘中的实际应用,介绍了无人机航测的系统组成、工作方法和作业流程,对航测成图中的重要环节空三加密进行着重分析与验证,总结了无人机航测的优缺点和影响无人机航测的主要原因,并结合相关摄影测量规范,对结果数据进行精度评定,所获得的精度完全满足航测内业相关测图规范要求,证明了无人机航测在大比例尺地形图测绘中的可行性,也为今后的测量工作积累了一定的经验。关键词:无人机航测;空三加密;矿山测绘doi:10.3969/j.issn.1006-8554.2014.09.0280　引言随着科技的发展,无人机遥感系统已经成为世界各国争相研究的热点课题,现已逐步从研究开发发展到实际应用阶段,并且会成为未来的主要航空遥感技术之一。无人机作为一种新型的航测手段,相对于传统的人机航测,它的优势主要体现在隐蔽性好,机动性强;造价低廉,事故率低;起降简单,操作灵活;运输方便,搭载传感器灵活;监控区域受限制小,工作组效率高;影像获取快捷方便;满足大比例尺成图要求;影像获取周期短,时效性强几个方面。但是,同样也存在一些缺点,譬如姿态稳定性差;排列不整齐;旋偏角大;影像畸变大;像幅小、影像数量多;基高比小、模型数目多、模型切换频繁等。本文通过矿山地形图测绘实例,对无人机航测的结果数据进行分析评定,使其能在以后的工作中更好地服务于矿山测绘。1　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。2　航摄系统组成本测区采用的航摄系统组成部分有:无人机飞行平台、飞行控制系统和非量测型面阵CCD数码相机;以及地面站、远程无线通信装置;地面数据处理系统等辅助设施。飞行平台采用Quickeye(快眼)II型无人机,控制系统采用NCG-1微型无人机控制系统。摄影搭载CanonEOS5DMarkII高分辨率数码单反相机,像素为5616×3744pixel,像元大小为6.41um。飞行过程中采取飞控系统控制快门定点曝光,将对焦环固定在无穷远处锁定相机的内方位元素,并采用固定光圈以保证统一物镜畸变参数。3　项目实施情况3．1　航线设计　　测区总面积为8.91km2,地处太行山中南段的山间盆地中北部,属中低山区。地势中间高东西低,最高点为井田中部山脊,海拔1185.83m,最低点位于西北部冲沟中,海拔约900m,最大相对高差约286m,植被覆盖率较高,有少量建筑物,交通便利,测区东西长3836m,南北长2363m。参照测区地形条件、成图面积、形状规划及成图比例等要求,此次航飞方向为南北方向,共设计八条航线。航向重叠度65%,旁向重叠度35%,航高为1224m,分辨率为0.18m,采用GPS飞控管理系统进行定点曝光,每条航线获取15张航片。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。共像片控制点布设在航向及旁向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。采用山西省测绘局工程测绘院建立的GPSCORS网。它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1980西安坐标系,高程基准采用1985国家高程基准。3．3　加密结果精度及采集精度评定分析空中三角测量采用DATMatrix+ATMatrix+PATB进行,该系统是由航天远景公司自主研发的空中三角测量系统。该系统主要针对小数码影像,利用少量地面控制点来计算一个测区中所有影像的外方位元素和所有加密点的地面坐标,并集成PATB光束法区域网平差软件,所以粗差检测功能和平差计算功能都很强大。成果精度分析:定向点的中误差(m)和点数:Mkx=-0.204　133　Mky=-0.244　133Mkz=-0.182　133　Mks=-0.184　133定向点最大误差(m):-0.261　-0.230　0.200(下转第57页)55技术与市场技术研发2014年第21卷第9期设备不能顺利的应用于井下生产,也给维护和维修工作带来不便。③在利益的驱使下,部分销售人员尽自己最大努力抢占机电设备销售市场,从而导致部分唯利是图的销售人员混入其中,利用一些非常规手段通过煤矿企业重重关卡,让一些劣质品、次品甚至是无产品合格证的设备应用于煤矿井下生产,从而影响了井下的生产效率。3　提高煤矿井下机电设备维护与维修的措施3．1　完善机电设备的维护与维修制度一个完善的规章制度可以有效地确保企业稳定发展,机电设备的维护与维修工作也不例外。通过对相关规章制度的建立和完善,不仅可以管好、用好设备,而且还能避免人力、物力、财力的浪费,从而确保煤矿的安全生产。因此,要从以下几个方面加强对煤矿井下机电设备维护与维修制度的完善:①完善机电设备采购管理制度,以确保设备的整体质量。②完善机电设备维护、保养、检修标准以及维护、保养、检修时间,以确保设备的安全运行。③完善机电设备责任制,将其责任到人。④建立机电设备维护、维修管理档案,记录设备的相关技术参数、维护与维修项目、零部件的更换,以保证每台设备从投入使用到报废都有据可查。⑤成立技术攻关小组,对机电设备的一些疑难杂症进行有效的攻克。⑥规定设备使用与更换时间。3．2　加强对设备维护与维修方式的更新大部分煤矿井下机电设备的维护与维修方式比较落后,他们基本上不重视对设备的维护工作,仅当设备出现故障时才对其进行维修。因此,煤矿企业要充分考虑机电设备的使用寿命,利于信息化技术,委派专业人员对机电设备的运行状态进行监测,发现设备隐形故障,要及时对其进行维护,最好将问题处理在萌芽状态。检修时要加大对检验设备的投入力度,按照相关规范和标准进行维护与维修,从而提高设备的使用效率。3.3　提高员工的综合素质水平现阶段,煤矿井下生产阶段普遍存在一个问题,即生产力水平比较低,很多员工来自于农村,文化程度参差不齐,因此,煤矿企业首先要对这些员工进行系统性的教育和培训,使他们能够全面地了解和掌握机电设备维护与维修方面的知识,提高员工的综合素质水平,以便于做好煤矿井下机电设备的维护与维修工作,确保机电设备的正常运行。4　结语综上所述,煤矿企业要想从根本上提高煤矿井下的生产效率,提高企业的经济效益,就需要做好井下机电设备的维护与维修工作,不断完善机电设备的维护与维修制度,加强对设备维护、维修方式的更新以及提高员工的综合素质水平等,只有这样才能确保井下机电设备的正常运行。参考文献:[1]　李万福,刘广勤.关于煤矿井下机电设备管理、维护、维修的探讨[J].科技研究,2014,8(14):51-52.[2]　陈磊.浅谈我国煤矿井下机电设备的维护与维修[J].中小企业管理与科技,2013,14(6):89-90.[3]　崔中和.煤矿井下机电设备的维护与维修研究[J].科技与企业,2013,5(4):104-105.(上接第55页)连接点的中误差(m)和点数:Mcx=-0.221　30　　Mcy=-0.261　30Mcz=-0.278　30　　Mcs=-0.197　30定向点最大误差(m):-0.198　-0.244　-0.230参照《低空数字航空摄影测量内业规范(CH/Z3003-2010)》,由平差结果可知,本测区采取普通数码相机,以无人飞行器为平台进行相对航高为1124m航摄作业,通过检校加密纠正后立体像对结果可以满足1∶2000地形图测图的平面精度要求。表明无人机航摄系统可以云下低空飞行,能够获取卫星和有人飞机无法得到的高分辨率影像数据,并且针对小区域大比例尺的地形图测绘,可以采用无人机航摄作为其获取影像数据的基本方法之一。由采集结果可知:其相对定向与绝对定向及加密中的各项限差均符合规定及设计,平面精度会因为辨认误差而有所降低,但高程精度不会有大的改变,还可以看出,采用该系统成图的平面精度还有较大的潜力,适当地放宽地面分辨率,增加航高,还可以进行小比例尺地图的测量工作,例如成1∶1000图时,设计地面分辨率为10cm,采用全野外布点或区域网空三加密。成1∶500图时,设计地面分辨率为7.5cm,采用全野外布点或区域网空三加密。4　总结建议由于经验不足和某些条件的局限,不可避免地产生了基高比小、高程精度低的问题。在今后的工作及应用中可针对不同的航摄目标采取相应措施:如采取宽相对飞行模式、选取短焦镜头、增大相机CCD靶面等的办法增大立体相对像幅覆盖。通过对本次测绘成果的质量检验,表明了无人机航摄系统是一套相对低成本、轻便快捷的高分辨率、高精度的数码摄影测量数据获取设备,符合大比例尺测图要求,而且技术简便、成本低廉,可以大力度地在今后的生产工作中投入使用,使其更好地服务于测绘事业。参考文献:[1]　刘萍,杨辽,彭树宏,等.无人机航摄系统大比例尺测图实验分析[J].先进技术研究通报,2010(10).[2]　张建霞.超轻型飞机数码航空摄影测量初步研究[D].西安:西安科技大学,2006.[3]　GB/T7930-20081:500,1∶1000,1∶2000地形图航空摄影测量内业规范[S].北京:中国标准出版社出版,2008.[4]　胡晓曦,李永树,李何超,等.无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感测图精度试验分析[J].测绘工程,2010(4).[5]　低空数字航空摄影航空摄影规范(CH/Z3005-2010)[S].国家测绘局发布,2010.[6]　低空数字航空摄影测量内业规范(CH/Z3003-2010)[S].国家测绘局发布,2010.作者简介:王鸿鸽(1985-),女,山西介休人,山西省煤炭工业厅资源地质局工作,助理工程师,研究方向:测绘、地理信息。75