低空无人机航摄系统在煤田普查12000地形图测绘中应用研究.docVIP

低空无人机航摄系统在煤田普查12000地形图测绘中应用研究 　　摘要：低空无人机航摄系统作为一项空间数据获取的重要手段，凭借其自身机动灵活、高效快速、成本低廉的优势，目前在国家基本比例尺地形图测绘、空间数据库建设、地理信息数据快速获取等方面已起到越来越重要的作用。研究无人机航摄系统在煤田地质普查地形图测绘中的应用，并通过外业实测点位数据对不同地形地貌、地形精度进行检查。结果表明，无人机航摄系统可以高效、快速地完成煤田普查1:2000地形图测绘任务，在“短、平、快”的生产项目中凸显出极大优势[1]。 　　关键词：无人机航摄系统；煤田普查；1:2000地形图测绘 　　中途分类号：P217参考文献：A 　　一、引言 　　煤田普查即发现煤田和概略评价煤炭资源的地质工作，一般是在区域地质调查或煤田预测的基础上进行的煤田地质工作。近年来，随着国家能源战略的加速推进，煤田地质工程越来越呈现出范围广、地形复杂、工期紧的特点，对测绘也提出了更高的要求。 　　传统的人工测量模式存在作业周期长、人力投入大、成本高等问题，甚至会出现困难地区无法施测，无法满足高难度、快节奏测量生产的需要。因此，借助新技术、新工艺来满足煤田普查项目任务重、时间短、质量高的需要显得极为迫切。 　　现有的卫星遥感技术虽然能够获取大区域的空间地理信息，但受回归周期、轨道高度、气象等因素的影响，遥感数据分辨率和时相难以保证。常规航空摄影技术因受空域协调、起降场地选取、天气等因素的影响较大，缺乏机动快速能力，同时成本较高，灵活及精细度不足，无法及时有效地满足小范围高分辨率数据快速获取。而作为传统航空摄影测量补充手段的低空无人机摄影技术，凭借其自身机动灵活、快速高效、困难地区探测的航片获取技术，以及精准的后处理技术，大大降低了作业成本和生产周期[2-3]，在“短、平、快”的测绘项目中具有明显优势。 　　论文依托甘肃煤田地质局委托项目，甘肃煤田地质局综合普查队于2012年对甘肃省景泰县某煤矿测绘1：2000数字化地形图，测区面积约30km2。 　　二、无人机系统简介 　　低空无人(unmanned aerial vehicle，UAV)机航摄系统[4]是一种集无人驾驶飞行器、遥感及GPS导航定位等技术于一体建立起来的高机动性、低成本和小型化、专用化的遥感系统。 　　无人机航摄系统主要包括无人机飞行平台、飞行控制系统和非量测型面阵CCD数码相机，以及地面站、远程无线装置、地面数据处理系统等辅助设施。 　　无人机飞行平台 　　无人机飞行平台主要包含固定翼无人机、旋翼轻型无人机和无人飞艇。由于固定翼无人机具有低成本，可实现低速平稳飞行等优点，本研究采用固定翼无人机平台，该平台主要参数见表1。 　　 　　 　　 　　 　　表1 无人机飞行平台主要参数 　　飞行控制系统 　　飞行控制系统用于飞行控制及任务设备管理，自由驾驶仪、姿态陀螺、GPS定位装置、无线遥控系统组成，可实现飞行姿态、航高、速度、航向的控制及各个参数的传输，以便地面人员实时掌控飞行情况。本研究中使用LT-150型无人机飞控导航系统。 　　摄影传感器 　　本研究搭载传感器为Cannon 5D MarkⅡ，检校结果（像幅5616*3744像素，像素大小：6.41 um），主点X0 ，相机检校参数见表2。 　　 　　 　　 　　表2 相机检校参数 　　地面控制系统 　　地面控制系统的功能包括：航摄前期主要有测区查询、航线设计及参数设置；飞行阶段实时显示飞行参数，辅助飞控人员进行飞行；后期统计输出导航文件、影像飞行质量快速检查等。 　　三、低空无人机航摄系统在煤田普查1:2000地形图测绘中的应用 　　该煤田普查区地势由西南向东北逐渐降低，海拔高程1620～1850m，相对高差230m；测区西北部地面坡度在6°～25°，地形类别为山地，其他大部分地面坡度在2°以下，地形类别为平地，根据测区自然地理、气候和交通等情况，测区作业困难级别划为Ⅱ级。因按设计要求，需40个工作日内提供勘查区30km2的1:2000地形图，为保证工期与质量，决定采用无人机航摄技术，技术流程如图2所示。 　　1.无人机航摄数据获取 　　(1)测区相关资料收集 　　在飞行设计之前对测区概况进行了解收集相关资料，如测区GPS控制点坐标、交通路线图等。 　　(2)飞行设计 　　根据工程项目的成图要求及测区边界情况，本次飞行共设计2架次，航高750米，第一架次11条航带，共911张航片；第二架次9条航带，共1037张航片；测区航线总长178km，航片总数1948张，余片为287张。航线敷设情况如下图3所示。