無人機傾斜攝影測量在礦山測繪中的應用探討

陳國珊

(廈門長衡測繪有限公司,福建 廈門 361000)

0 引言

隨著信息技術發展水平的不斷提高，當前，其在各行各業也得到了廣泛的應用，既有利于各個領域的發展，同時也使得其工作效率和質量得到顯著改善。特別是在礦山測繪領域，通過無人機傾斜攝影測量技術進行相關信息的采集與獲取，使得測繪工作難度大大降低，相較于傳統測繪技術而言，該技術準確度精準度以及測量效率均得到顯著提升，為礦山測繪工作的進一步發展給予了充足動力[1]。通過應用無人機傾斜攝影測量技術，既能夠有效提高礦山測繪工作的安全性，有效節約人力物力資源，同時也使得測繪結果受到復雜地貌的影響，大大降低，獲得更加準確的測量結果。

1 無人機傾斜攝影測量技術

1.1 內容介紹

隨著信息技術以及無人機技術的良好發展，當前在多個領域，無人機傾斜攝影測量技術均發揮重要作用，為多角度測量工作提供了諸多支持與幫助。無人機傾斜測繪技術的原理，是在進行數據測量時借助無人機從多個角度對目標測量對象進行數據的采集，最初是在建筑垂直面數據測量工作中應用無人機傾斜攝影測量技術，但隨著該技術的逐漸發展，以及無人機技術發展水平的逐漸提高，其應用范圍逐漸拓寬。當前正逐漸將無人機傾斜攝影測量技術與GPS定位技術以及綜合圖像匹配技術聯合應用，進一步拓寬其應用范圍，使其在實際工作中發揮更重要的作用。

無人機傾斜攝影測量系統包括：(1)無人機飛行平臺。無人機系統主要由飛控系統、云臺、相機、圖傳設備等組成，此類設備的性能主要基于飛行平臺向生產廠家進行定制，這一過程中要重點研究無人機飛行平臺的載重能力，續航時間，抗干擾能力以及與平臺之間的匹配性，在應用過程中成本相對較低，性能好，質量輕載重大，可滿足于當前無人機傾斜攝影所需平臺的要求。(2)飛行控制與導航系統。飛行控制系統主要用于接收傳感器傳回無人機飛行懸停的各種姿態變化，以及各種飛行姿態數據，由飛行控制系統進行計算判斷，從而下達操控指令，對無人機平臺的飛行動作以及飛行姿態進行調整。導航系統主要用于測量無人機曝光時刻影像的空間位置和姿態，對于無人機搭載的導航系統具備測量位置的GPS功能與測量姿態的INS系統，能夠快速得到影像的經緯度、高度、姿態信息。(3)任務設備。任務設備包括攝影機、攝影機控制系統及其他相關部件，這些部件主要應用于傾斜攝影，對于載重平臺較小的無人機，其佩戴的相機大多是輕小型，搭載多是單鏡頭非量測數碼相機，像素一般在2 000萬以上。在攝影測繪過程中，為了獲取高精度的地面坐標，則需要清楚掌握攝影機的內方位元素(x,y,f)，在航測之前需要對無人機進行檢校工作，一般檢校工作是在實驗室內進行，獲取影像內方位元素和畸變參數[2]。(4)數據傳輸系統。數據傳輸系統需要傳輸兩個方面的內容，一是無人機飛行參數，包括航高、距離、軌跡、航向和飛行資料等；二是無人機獲取的影像數據，這些數據一般儲存在內存卡中，在航拍結束后通過數據分享，為后續工作開展奠定基礎。

1.2 技術優勢

通過無人機進行傾斜攝影時，能夠從多個角度完成數據的采集與測量工作，使工作人員的測繪需求能夠得到充分滿足，同時由于該方法可以在一次測量中針對多個不同平面數據進行采集，所以有效降低了測量次數，對于提高工作效率具有顯著積極影響。

而且通過無人機進行數據采集，能夠獲得更加立體直觀的數據，相較于傳統測量模式無人機測繪技術所得到的數據是從多個角度獲取的，因此在進行相應模型的構建時，也可以實現更加三維立體的模型建立工作，而傳統測量方式其往往都是通過正視或者是側視角度進行數據采集，導致最終所得的結果存在一定局限。此外應用無人機傾斜攝影技術采集得到的數據以及圖片資料無論是在宏觀層面還是微觀層面，均能夠十分全面地對采集對象信息進行顯示。在應用該技術時，第1步需要完成目標對象的數據檢測工作之后，將所得數據信息傳輸到電腦中進行數據處理，也將其中的重大信息以及錯誤點加以刪除或者修改，在對數據進行初步梳理后，應用互聯網技術加以聯機分析處理，最終獲得所需的測繪信息。在對其整體工作流程進行分析后，能夠看出該技術具有較高的自動化程度，使得因人為因素導致的風險發生概率大大降低，同時也有效節約了人力及物力資源，使得測繪工作質量得到顯著提高。在人力物力資源有效節約的同時也使得測繪的技術成本大大降低。

2 無人機傾斜攝影技術的測繪方式

2.1 實地勘察

通過無人機傾斜攝影技術進行礦山測繪時，相關工作人員應當先對需要測量的區域范圍進行明確，然后用無人機進行試拍，從而選擇適宜的分辨率使其處于最佳狀態，此外為避免采集信息不全對后續施工的影響，通常在實際進行拍攝時所拍攝的區域會比預期施工區域范圍更廣一些，以保證最終所得數據的全面性。

2.2 確定航拍路線

在明確了詳細的礦山數據信息后，需對所得信息加以全方位的分析處理之后，在無人機控制程序中導入，根據實際需求完成相關參數的調節與設定，并結合實際情況選擇適宜的航拍路線。

2.3 測繪信息數據處理

實際進行測繪時工作人員需在無人機上安裝多角度的專業測繪傳感器以保證可以及時對所需數據信息進行測量收集與整理。一般在進行測繪時，工作人員會對航拍時的飛行路線、方向以及拍攝方向等內容進行記錄，尤其是在應用無人機傾斜攝影測繪技術之后，要用專業性的軟件完成相關數據信息的處理。數據處理完成后，基于所得結果構建礦山的三維數據模型，為后續實際工作提供一定參考。

2.4 測繪結果分析評價

在獲得所需數據信息后，相關人員應當根據測量結果以及礦山實際情況對其進行綜合性的評價分析，確定所得結果的可靠性、準確性以及可靠度，再確定各個數據均滿足相應的標準以及規范要求后，方可應用于后續工作。

3 在礦山工程測繪各階段的應用

3.1 開采規劃階段

正式進行開采工作前，工作人員還需要對礦山進行全方位的勘察和數據采集工作，基于勘探結果制定科學合理的開采方案，通過應用無人機傾斜攝影技術，可以更加全方位地對礦山實際信息進行采集，既能夠了解其地貌信息，也可對其海拔、高度以及整體地形信息進行獲取，而且在數據獲取后，還可以用計算機完成礦山地形圖以及三維模型的繪制工作，從而獲得更加精準可靠的礦山測繪結果。實際進行上述操作時，所需建模軟件為CAD軟件，將所得數據信息導入到該軟件后，即可進行礦山三維模型的構建工作，使得相關工作人員能夠更加直觀清晰地了解到礦山以及其周圍環境的實際情況，此后相關工作人員可根據該模型對施工方案加以優化完善，針對施工過程中可能面臨的問題或者潛在危險進行明確，并確定應對方案。此外，在施工過程中，還應當建立起以傾斜攝影技術為基礎采集得到的各類數據信息的綜合性數據庫，對礦山的特點、結構情況進行更加深入的了解與掌握，以保證施工的科學性和合理性[3]。

其次，將實踐經驗在全國范圍內推廣。我國自貿區幾乎涉及東南、西南、中部、西北、東北等主要地理區域，各個自貿區的地理位置、經濟發展狀況、工業結構等各異，這為競爭中立制度的實施提供了多樣化的實踐環境。自貿區的實踐經驗在全國范圍內推行時，可再細化其推行步驟和程序機制，結合各個行業的特殊性，以市場競爭狀況、市場結構、行業經濟地位等作為其現實依據，使推行的競爭中立制度更具科學性。

3.2 礦山施工階段

無人機傾斜攝影技術不僅能夠在礦山正式開工之前進行相關數據的采集，為后續實際施工工作提供數據支持，保證其符合質檢規定，也可在礦山實際開工過程中發揮一定作用，通過該技術可以準確高效地對礦山及其附近環境以及相關數據信息加以采集，以保證在實際施工過程中，外界因素不會對施工帶來顯著影響，為勘探工作和礦山施工工作的安全性提供良好保障。此外借助無人機技術還可進行低空拍攝，從而使得工作人員可以獲得礦山施工過程中的實際情況，更加科學、合理、規范地進行施工現場管控，并對礦石位置進行合理的規劃與安排，防止發生局部超載問題，使得部分區域地層面臨嚴重負面影響。對現代化礦山施工工作而言，無人機技術能夠很好地滿足其各項需求。

3.3 礦山驗收階段

工程竣工后，需要對工程項目進行驗收。這時候，無人機傾斜攝影技術仍然可以發揮其優勢。在實際應用中，主要是通過無人機測繪，收集當前礦井實際情況的數據信息，輸入計算機，顯示礦井實際情況。工作人員還可以針對礦山的實際情況，應用相關軟件進行建模做具體分析模擬。

3.4 生態修復

3.4.1 前期地形地貌的勘測

隨著測繪技術的發展，能夠以清晰直觀的方式對礦區前期地形地貌進行測量。使用無人機傾斜攝影技術，運用無人機拍攝多組鏡頭影像而后生成礦山的正射影像、三維立體影像，正射影像可以將礦山周邊的實際情況進行展現，以三維立體影像的方式對礦山進行多角度觀察，并配套相應的航片處理軟件，可獲取礦山的數據信息，為生態修復方案的制定奠定數據基礎。

3.4.2 外業數據采集

影像的采集：在外業數據采集過程中，應根據客戶的需求明確測區范圍和精度要求，并選用合適的無人機和攝像機；根據礦區道路的實際情況，選擇恰當的交通工具；在無人機放飛過程中要注重無人機放飛場地的選擇，避免與高大苗木以及高壓線發生碰撞。在影像采集過程中，按照《低空數字航空攝影規范》中指出，航向重疊要求在60%～80%，最低不小于53%，旁向重疊15%～60%，最小不小于8%的要求進行傾斜拍攝，從而提升拍攝的精準度，獲取準確的數據模型[4]。

航線的布設：由于無人機在野外飛行過程中覆蓋面積有限，對于大面積礦山區域的傾斜拍攝，必須要考慮到無人機的續航能力。例如使用大疆無人機地面控制APP，在指定范圍內設置好高度以及相片重疊率等參數自動規劃航攝路線，進行外業數據采集，可清晰地展示出無人機的飛行狀態飛行參數，確保礦山無人機傾斜攝影測量任務的完成。

3.4.3 內業數據處理

軟件選擇：傾斜攝影自動三維建模軟件使用的是Pix4d、Photoscar、Smart3DCapture三類。Pix4d軟件主要應用生成正射影像，在三維建模的速度和效果較差，在高精度三維建模上并不適用；Photoscarn軟件成數字圖像的處理，生成三維模型，效果較好，但Photoscarn軟件價格相對較高，因此在影像處理軟件檢測上大多以Smart3DCapture軟件為主。Smart3DCapture軟件能夠連續快速完成三維建模，生成基于真實影像的高密度點云，若相機分辨率較高，可無限接近還原真實場景。

建模過程：(1)使用Smart3DCapture獲取的原始數據中的POS文件是以文本文檔的格式存在，而在導入區塊過程中為Execl表格；(2)添加檢查建模的圖片；(3)添加像片控制點；(4)利用smart3D 中的Context Capture Center Engine進行空三運算；(5)對所拍攝影像進行分塊處理；(6)3D建模，選擇輸出格式和使用坐標系統，并勾選要建模的瓦片，等待建模完成。

3.4.4 三維模型應用分析

實景三維模型能夠真實準確的還原測量現場的實際情況，可以在同一位置以不同的角度展現地貌信息，便于設計人員直觀清晰的了解周邊地理信息，為設計決策提供準確的數據支持。如了解礦山周邊巖體特征、植被生長發育特征、土地利用現狀，工程設施等，通過三維數據模型實時調查礦山周邊農田、果園、林地、房屋、排水管線設施，為地質災害評估提供指導；對礦場廢石料堆積、礦坑結合深度的精準測量，便于后續工程量的估算。通過實景三維模型的應用為生態環境治理方案的制定提供了技術支撐，促進了礦山生態修復工作開展。

4 總 結

經過以上分析，無人機傾斜攝影測量技術應用在礦山測量中，為礦山各種工作措施的施行提供準確的數據支撐之外，還為工作人員對礦山信息建模以及模擬保證了其合理性和準確性，大大提升了工作效率和經濟效益。