利用无人机技术对韩城市露天矿山监测的研究
齐正伦1 梁卫涛2
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齐正伦1 梁卫涛2 ,. 利用无人机技术对韩城市露天矿山监测的研究[J]. 矿山工程与技术,2021.9. DOI:10.12721/ccn.2021.157084.
摘要:
利用低空无人机倾斜摄影技术快速获取多角度影像数据,通过自动实景立体量测技术,从而实现免外业调绘的高精度大比例尺地形图测绘。本次科研通过韩城市、澄城县、白水县等地具体生产试验,详细介绍了基于无人机摄影测量计划在大比例尺地形图作业流程,并通过精度分析,验证其方法可行性,并与传统方法相比其优缺点。
关键词: 无人机摄影测量精灵4-rtkpix4dEPS像控点重叠度地形图数据建模
DOI:10.12721/ccn.2021.157084
基金资助:

1、项目目的

近年来迅速发展的无人机航测技术,具有机动灵活、作业高效迅速、可高频监测关键区域以及成本低廉等特点,在应急保障、地质灾害治理和小区域地形图测绘领域具有明显的优势。本文通过精灵4-rtk无人机,采用2D及倾斜摄影的方式获取高重叠度影像数据,利用自动实景多维建模和多维模型立体量测技术,实现免外业调绘的高精度大比例尺地形图测绘,并通过具体实验验证此技术路线的可行性。

2、研究内容

本次研究的内容是分析利用无人机航测技术对韩城市露天矿山开采现状进行航测,并绘制开采现状图,建立三维立体模型,形成电子矢量数据,为以后露天矿山监测服务。

3、研究方法

本次研究内容步骤主要为前期准备—外业航测—内业数据处理—外业检核与成果分析。

3.1前期准备

无人机航测技术是传统航空摄影测量手段的有力补充,具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点,在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。随着无人机与数码相机技术的发展,基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势,无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向,无人机航拍可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面,尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。

3.2外业施测

根据项目测区面积大小,形状分布等情况,布设合理的航摄路线图,以KXB石场为例,凯信博石场实测面积约0.272km2。

根据矿区地形布设航线为西北-东南航线,2个架次共621张照片,布设路线。

1)航空摄影质量检查

首先本次航空摄影作业方法正确,技术手段先进,各项成果精度符合规范和技术设计的要求。通过检查认为,摄影成果综合质量已达到了《数字测绘产品检查验收规定和质量评定》(GB/T18316-2001)中合格品的标准。

2)像控点布设及测量

像控点布设严格依据设计书技术要求,旁向相邻控制点航线跨度一般不超过4条,航向基线跨度一般不超过16条基线;不规则区域网,在凸角处增补平高点,凹角处增补高程点。本项目因地形等因素影像共布设像片控制点5个。

3)外业调绘

调绘时本着外业定性、定量,内业定位;跑到、看到、问到的原则进行。调绘的面积范围线对照要求成图的范围线,无漏洞现象。

3.3内业处理

内业处理主要包括空三加密、数字化测图、图形编辑、数据及图形输出等。其中空三加密包括数据准备、相对定向、绝对定向(加像控点)、区域网整体平差、空三加密点精度统计。

本次无人机航测研究分为垂直摄影,图像处理采用Pix4d软件,地形图线化图采用EPS三维测图软件。

(1)建项目文件夹,以项目名称命名,把测区摄影照片及像控点放入文件夹中,保存于电脑工作盘中。

(2)打开Pix4d软件,新建,选择刚才新建的文件夹,保存要生成的edn文件名。

(3)添加图像。选择测区内所有照片,下一步,选择已有坐标系(选择对应的坐标系及度带中央子午线),下一步,选择3Dmap文件。

(4)进行第一步初始化处理,选择第一个全面高精度处理。

(5)完成后看报告除最后一项外其他需为绿色,则数据质量较好。

(6)添加像控点,像控点格式为CSV,导入后x为6位数,Y为7位数,选择平面编辑器。

(7)依次选择像控点及照片对应的像控点标志,每个像控点先选择至少3张照片,完成后选择OK。

(8)选择连接点—控制点/手动连接点,对应的像控点继续修改,保证每个点利用达到6张以上且最后有选择图片,完成后点击重新优化。

(9)完成后进行第二步及第三步,可一次性选择,点云和纹理导出时选择LAS和XYZ,DSM正射影像和指数同样选择LAS和XYZ,点击OK,同时开始第二步及第三步,时间可能为1个小时以上。

(10)处理完成后看最后报告,应全部为绿色(合格),点击项目—保存。

则垂直摄影测量影像处理完成。

(1)打开EPS2016地理信息工作站时必须打开软件狗。

(2)打开前点击工作台面定制—勾选垂直、倾斜摄影三位测图。

(3)新建/打开—目录选取项目文件夹选择对应的比例尺,修改工程名称。

(4)三维测图数据矢量化

(5)数据加载

①生成垂直摄影模型—dom影像(首先清理原有位置)打开3_dsm_ortho—2_mosaic—tif文件—dem影像(首先清理原有位置)打开3_dsm_ortho—1_dsm—tif文件—确定。

②加载垂直摄影模型—3_dsm_ortho—1_dsm—dsm文件。

③左边加载超大影像打开3_dsm_ortho—2_mosaic—tif文件,右边为三维立体影像图。绘图软件快捷键见山维软件常用快捷键。

根据三维立体影像及快捷键根据地形图分类绘制。

(6)图形生成

矢量化完图件后,数据转换—dwg数据输出—保存图件。

4、成果分析

通过内业成图后我们对比较明显的地物、地貌进行外业检核,博鑫源石场本此只要检核的为道路、房屋角、电杆、陡坎等,通过对比较明显的且具有代表性意义的地物进行采集并比较,检验其成果精度见下表。

外业检核成果表                   表4-3

1739773903851.jpg

通过上表显示:对于地物测量(房屋、电杆等)平面X最大差值:-0.538m,最小差值+0.003m,Y最大差值-0.282m,最小差值+0.040m,高程最大差值+0.482m,最小差值+0.016m。其满足规范要求中的≤图上0.6mm精度要求即1:1000为60cm,1:2000为120cm,部分情况满足1:500为30cm的精度要求,但是离工矿厂区的重要地物(一般地物)的5(7)cm差距较大,为今后无人机深入研究提出了新方向。 

参考文献:

[1] 范承啸,韩俊,熊志军,赵毅。无人机遥感技术现状与应用[J]测绘科学2009,34(5):214-215;

[2]崔红霞,李杰,林宗坚,储美华。非量测数码相机的畸变差检测研究[J]测绘科学2005,30(1):105-107;

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