无人机航空摄影测量在河北某矿山地形测绘中的应用及精度控制.pdf

81 2024 年第 1 期 中国非金属矿工业导刊 总第 163 期【技术方法】无人机航空摄影测量在河北某矿山地形测绘中的应用及精度控制付佳琪(中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队，河北 保定071051)【摘要】无人机航空摄影测量技术由于高效快速、灵活易操作逐步应用于各种测图工作。本文重点针对矿产勘查中的地形测绘，采用无人机航空摄影测量测制 1:2000 地形图的过程和精度控制，对大比例尺地形测绘成图和质量检查进行了探讨。【关键词】无人机；航空摄影；测绘；精度控制【中图分类号】P231.2 【文献标识码】A【文章编号】1007-9386(2024)01-0081-03Application and Precision Control of UAV Aerial Photogrammetry in Topographic Survey of a Mine in Hebei ProvinceFU Jia-qi(Hebei Branch of China National Geological Exploration Center of Building Materials Industry,Baoding 071051,China)Abstract:UAV aerial photogrammetry technology is gradually applied to the mapping work of various tasks due to its high efficiency,rapid,flexible and easy operation.This paper mainly introduces the process and precision control of using UAV aerial photogrammetry to produce 1:2000 topographic maps in mineral exploration and topographic mapping,and discusses the mapping and quality inspection of large-scale topographic mapping.Key words:UAV;aerial photogrammetry;surveyingand mapping;precision control无人机低空航测技术为一种新型的地形测绘作业方式，由于其具有灵活多变，易于操作1；设备和作业成本较低，受气候和场地影响较小；高效快速，能够获得高分辨率的遥感影像，在小区域、地形复杂地区和快速测量方面具有得天独厚的优势2。近年来笔者多次采用无人机航测成图技术应用于矿区地形测绘中，提高了工作效率、保证了工作质量，取得了较好的经济效益。本次以河北省某集中开采区地形测绘为例，在测绘面积大、地形条件较复杂、工期短的情况下，采用无人机低空航测技术实施作业，总结测绘作业及质量控制工作经验，更好地为矿山地质勘查提供服务。1项目控制测量概述平面坐标系为 2000 国家大地坐标系，国家标准3度分带高斯正投影38带成果，中央子午线为114度，高程系统采用 1985 国家高程基准，地形图基本等高距为 2.0m。【作者简介】付佳琪(1992-),男，工程师，研究领域：测绘工程，E-mail：。【引文格式】付佳琪.无人机航空摄影测量在河北某矿山地形测绘中的应用及精度控制 J.中国非金属矿工业导刊,2024(1):81-83,70.1.1 控制测量本次控制测量采用河北省卫星综合服务系统3(以下简称“河北 CORS 系统”)提供的网络 RTK 方式施测，首级控制测量等级为一级。项目共布设一级控制点 3 个，能够控制矿区范围，分别为 B1、B2、B3。一级控制点使用南方 S86-T 型静态接收机进行观测，仪器经过河北省测绘计量站鉴定，通电检验正常，经鉴定合格。点位选在便于接收设备和操作，视野开阔、附近无大功率发射源和高压输出设备，交通方便有利于其他手段的扩展和联测、地面基础稳定易于保存的地方，点位喷漆并标注编号。施测时满足以下要求：(1)一级控制点均采用三脚架进行对中、整平。(2)GNSS 观测时卫星截止高度角 15 以上个数均大于 6 颗，PDOP 值均不大于 6。(3)网络 RTK 观测前平面收敛精度设置为 2cm，高程收敛精度为 3cm。82(4)一级控制点观测 4 测回，每测回观测历元数为 20 个。(5)观测开始前及测绘期间均对仪器进行初始化，并得到固定解。(6)各测回平面坐标较差和大地高较差均不大于4cm，最后取各测回平均值作为一级控制点的最终结果。一级控制点测量完成后，采用重测法对其精度进行了检核，经检查一级控制点的平面坐标中误差为 3.4cm，高程中误差为 5.6cm。经检查合格后作为本次控制测量的首级控制点，本次高程测量时将本次测得的 2000 国家大地高程基准由总队测绘院经大地水准面模型计算得出 1985 国家高程基准。采用航测成图技术进行 1 2000 地形图测绘。动态 GPS-RTK 直接测出坐标和高程。测量的起算平面坐标、高程起算点为A1、A2、A3三个E级控制点4。2无人机测绘技术应用以曲阳某矿集区地形图测绘为例，采用航测成图技术进行 1 2000 地形图测绘，动态 GPS-RTK直接测出坐标和高程。测量的起算平面坐标、高程起算点为 E 级控制点。2.1 像控点布设在划定航飞区域与各飞行架次航线以后，开始像控点布设和测量。根据规范要求并结合无人机的技术特点，本项目像控点采用航摄前实地布标方法。像控点一般布设在视野开阔、周围空旷、标志颜色与地表色彩反差大的地方，并且均匀分布于航飞架次区域的四周和中心，共布设 18 个像控点，向相邻像控点间隔不超过 7 条航线，平高像控点间基线间隔不超过 18 条航线。像控点标志使用白灰喷洒成边长 100cm 以上的对顶角三角形标志。像控点采用 GPS-RTK 法施测，每个像控点均采用对中杆对中重新初始化仪器的方法观测 2 次，卫星高度角设为 15，数据采样间隔 5 秒；观测时卫星数 6 颗，PDOP 6，数据采集器设置观测平面测量收敛精度为 2cm、高程测量收敛精度为 3cm，观测次数 2 次，观测时采用三脚架对中、整平，每次观测历元数 30 个，每次观测之间流动站重新初始化，间隔 60 秒开机，两次测量平面位置最大较差为1.0cm，高程最大较差为 1.4cm，取其平均值作为像控点最终成果。2.2 航飞相片采集运用 DJ Phantom 4 RTK 航测无人机着眼整个测区，使用 DJ gspro 外业飞控软件先划定飞行区域。根据测区面积共设定一个航飞区、20 条航线、飞行高度为 300m、航向重叠率 80%、旁向重叠率 75%、设计地面分辨率 6 公分，计算需拍摄 620 张相片。相机编号 9674209，相机类型 SonyRx1R，像素79545304。选择阳光充足、视野良好无风天气进行航飞。具体流程为选取距测区制高点约 50m 落差地势较平缓处架设地面站并作为飞机起降点，在飞行中所采集照片能实时传送到地面飞控软件中，以便及时检查照片质量；整个航飞过程飞机无抖动、相片质量完好、飞控信号稳定，航飞过程比较顺利。2.3 航片正摄影像图像处理及 DSM 成果输出2.3.1 影像数据预处理(1)依据相关技术规范对影像数据进行检查，重点检查旋偏角、重叠度是否满足要求，云量是否符合要求，是否存在航摄漏洞等5。(2)格式转换。将原始航片影像数据转换为空三软件支持的 TIF 格式。(3)影像旋转。为了方便像片连接，以北方向或西方向为正方向，对原始影像数据进行旋转6。2.3.2 空中三角测量(1)工程建立。本次用 Pix4dmapper 软件，新建工程项目；选择要添加的影像；进行影像属性设置，包括图像坐标系(默认是 WGS84(经纬度)坐标)、地理定位和方向、相机型号等，完成工程的建立。质 量 报 告 主 要 检 查 两 个 问 题，Dataset 以 及Camera optimization quality。Dataset(数据集)：在快速处理过程中所有的影像都会进行匹配。如果没有就表明飞行时相片间的重叠度不够或者相片质量太差。Camera optimization quality(相机参数优化质量)：最初的相机焦距和计算得到的相机焦距相差不能超过 5%，否则需要重新设置5。(2)控制点文件。导入像控点至工程中。使用瑞士 Pix4D 航空影像数据处理软件完成从原始航空影像到所需的DOM、DSM 成果7。具体流程为以下几个步骤8-9：建立工程文件及原始相片导入；分析结果相片可用率为 100%。相机参数匹配及相片重叠度分析；分析结果 2024 年第 1 期 中国非金属矿工业导刊 总第 163 期83为相机参数正确，相片重叠度达到 65%满足下一步处理需求。影像初步处理与检查及快速影像图拼接；加入控制点；通过人工选取把外业施测的像控点数据导入软件，并在多张相片中点刺相关位置以便纠正到影像实际坐标。重新匹配并优化影像数据；通过点刺的像控点数据与影像相关像控点位置对比匹配到实际坐标系中。质量报告分析；生成数据处理质量报告，查看各项误差是否超限。本项目最终处理像控点的最大残差 RMS 为 2cm，连接点的误差 RMS 为 3.5cm。符合规范要求。(3)DOM、DEM 成果数据输出。加载 DOM 与 DEM 生成 DSM 文件，加载垂直摄影模型，采集描线画图、提取高程，全部采集完成后数据导出 DWG 格式(CAD)图形10。(4)地形图编辑12000 地形图成图在 CASS 软件下进行，以立体采集时导出的*.DXF 为底图、外业调绘片和调绘成果为依据，按照 GB/T20257.1-2017国家基本比例尺地图图式 第 1 部分：1500 11000 12000 地形图图式，对采集的数据进行属性编辑、修改、地物增删等工作。碎部测量中的检核，每站测重合点 2 3 个点，作为检核；收站时方向归零，以确保野外测量数据的精度。最终成果的检核分三级：第一步作业组自检，野外进行 100%巡视检查，用仪器进行 50%的抽查；第二步是项目部技术负责组织人员，对内外业进行全面检查，本次散点检查的总数(包括地物、地形)174个点；第三步是项目质检组对成果进行检核。经检查平面位置最大较差为 1.8cm，高程最大误差为 3.4cm，经检查地貌与实地相符，地物位置精确，符号利用要正确。均符合地质矿产勘查测量规范要求。2.3.3 质量控制对照图面进行野外巡视和散点检查，平面位置最大误差为 1.4cm，高程最大误差为 1.2cm，平面位置中误差为 1.2cm，高程中误差为 1.6cm，经检查地貌与实地相符，地物位置精确，符号利用要正确。均符合全球定位系统(GPS)测量规范要求。3工程点测量工程点测量采用动态 GPS-RTK 进行测量，以 E级控制点为平面坐标、高程起算点，直接测出坐标和高程11-12。作业中严格执行 地质矿产勘查测量规范 规定，用已有 E 级控制点进行校正，并检查其他已知控制点坐标及高程数据，准确无误后进行测量。经查工程点测量放样点测量平面最大误差为 2.8cm，高程最大误差为 2.2cm，测量方法科学、数据可靠，满足调查工作需要。4测量工作精度控制探讨针对本次测量工作，开展二级检查工作。其中过程检查中内页、外业检查比例均 100%；最终检查中外业采用抽样检查，内业全检的方法。外业检查采用 RTK 测量，检查内容主要为：工程测量点、地形图、剖面图。控制测量采用重测法对测量精度进行检核；最终处理像控点的最大残差 RMS 为 2cm，连接点的误差 RMS 为 3.5cm，符合规范要求。地形测绘像控点布设在视野开阔、周围空旷、标志颜色与地表色彩反差大的地方，并且均匀分布于航飞架次区域的四周和中心，像控点标志使用白灰喷洒成边长 100cm 以上的对顶角三角形标志。航飞相片采集选择阳光充足、视野良好无风天气进行航飞；整个航飞过程飞机无抖动、相片质量完好、飞控信号稳定，航飞过程顺利。对于没有采集的地物应采用RTK 进行补测，对区内建筑物、地物、陡坎等进行观测，每点观测时间 5 秒，数据采集结束后保存。1 2000 地形图修测野外地形地物点精度为地物点平面坐标中误差最大为 2.0cm，高程中误差最大为 1.8cm；勘查线测量点位平面坐标最大较差为 1.8cm，垂直坐标最大较差为 2.2cm；工程点测量采用 RTK 直接测定，全部进行检查复测，检测平面坐标分量较差最大为 1.4cm，垂直坐标分量较差最大为 2.0cm。地形图数学精度满足规范，数据及结构正确，地理精度整饰质量满足相关规范要求14。本测区测量资料经专家验收，符合规范要求，精度能够满足地质工作的需要。5结论无人机低空航测技术在各类测量行业中已有应用,比起传统测量仪器,它有着提高工作效率、节省人力物力、减少外业作业时间、精度高、能够满足小范围地形测量的要求等特点，通过本测区的应用及精度分析，其施测精度已达到或超过规范规定的精度要求，高程精度接近四等水准要求15。本项目采用无人机航空摄影测量技术实测1:2000 地形图，满足了小区域测制地形图的需要，本次工作在短时间内完成任务，提高了生产效率，取得了良好的经济效益和社会效益。(下转第70页)付佳琪：无人机航空摄影测量在河北某矿山地形测绘中的应用及精度控制704.2.2 成矿机理区域上的岩浆活动为黄金山重晶石矿床的形成提供热源(驱动力)和(含矿)热液，向上运移过程中不断萃取熊耳群火山岩(安山岩为主)和汝阳群云梦山组砂岩中的成矿物质，并在适宜的容矿空间(断裂破碎带)中，随着温度、压力的改变，成矿物质沉淀、富集形成重晶石矿体(图 6)。同时含矿热液不断与围岩发生蚀变作用，使方解石、重晶石、石英和绿泥石等矿物析出，形成了重晶石化、硅化、碳酸盐化和绿泥石化等矿化或蚀变现象。图 6黄金山重晶石矿成矿机制模型1 含矿热液2 热液深部运移通道3 断裂4 矿体5结论(1)黄金山重晶石矿赋存于熊耳群马家河组安山岩，且明显受断裂构造控制。(2)矿石矿物主要为重晶石，脉石矿物主要为石英。矿石中化学成分 BaSO4含量值最高，次为SiO2、CaO。(3)硅化、碳酸盐化和绿泥石化与成矿关系密切。(4)研究区找矿标志有断裂构造标志及围岩蚀变标志，其中断裂构造标志主要为张压扭性断裂，围岩蚀变标志包括硅化、碳酸盐化、绿泥石化和褐铁矿化。(5)黄金山重晶石矿床受断裂构造、地层岩性和岩浆活动等因素联合控制，为热液充填型矿床。【参考文献】1 余文波,杨鼎忠,张曦月,等.贵州省重晶石矿的矿物学特征及开发利用建议 J.矿产保护与利用,2022,42(4):143-152.2 赵义,彭会清.重晶石矿物的开发与应用研究进展 J.中国非金属矿工业导刊,2015(6):3-6.3 王洋,黄聪,李珍.重晶石资源现状及材料化应用 J.矿产保护与利用,2020,40(6):26-32.4 郭甲一,陈建光,孙红涛,等.河南登封白土沟重晶石矿矿床地质特征及成因探讨 J.中国非金属矿工业导刊,2022(1):49-52.5 姜 雅,王 婷.中 美 贸 易 关 系 中 重 晶 石 资 源 作 用 分 析 J.中 国 矿业,2021,30(9):36-41.6 潘忠飞,付勇,郭川,等.重晶石成矿地质特征、成矿作用及成矿机制 J.矿床地质,2023,42(1):90-115.7 李占远.我国重晶石资源分布与开发前景 J.中国非金属矿工业导刊,2004(5):86-88.8 张福良,卢晓亚.我国重晶石资源开发利用现状及建议 J.现代矿业,2017,33(9):1-4.9 王登红.关键矿产的研究意义、矿种厘定、资源属性、找矿进展、存在问题及主攻方向 J.地质学报,2019,93(6):1189-1209.10 陈正国,颜玲亚,高树学.战略性非金属矿产资源形势分析 J.中国非金属矿工业导刊,2021(2):1-8.11 于延棠,毕双.中国重晶石出口前景展望 J.中国非金属矿工业导刊,2002(1):41-43.12 张世洋,张艳,于汶加,等.中国重晶石供需形势及出口前景 J.中国矿业,2014,23(10):17-20.13李春阳,田升平,牛桂芝.中国重晶石矿主要矿集区及其资源潜力探讨J.化工矿产地质,2010,32(2):75-86.14 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