傾斜攝影在某鋁土礦區(qū)土地整理中的應(yīng)用

陳 帥，包志軒，樊明學(xué)（.湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 405；.湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院，湖南長沙 40076；.新疆北新路橋集團股份有限公司，新疆烏魯木齊 80000）

傾斜攝影在某鋁土礦區(qū)土地整理中的應(yīng)用

陳 帥1，包志軒2，樊明學(xué)3
（1.湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410151；2.湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院，湖南長沙 410076；3.新疆北新路橋集團股份有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

結(jié)合某鋁土礦區(qū)礦床分布零散、礦藏賦存淺、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用露天開采方式開采速度快、用地周期短等特點，將傾斜攝影實景三維技術(shù)應(yīng)用到礦山生產(chǎn)設(shè)計規(guī)劃及開采后礦區(qū)土地整理中，并采用低空無人機傾斜攝影測量進行礦區(qū)土地整理前后對比分析，對整理后土地進行綜合效益評定：土地整理后耕地總量增加，土地適用性增強、土壤肥力提升。對未來礦山土地利用具有一定的參考價值。

傾斜攝影；土地整理；實景三維

某鋁土礦為巖溶堆積型，礦區(qū)占地面積大，開采速度快，開采后的土地質(zhì)量得到顯著提升。礦區(qū)耕地資源緊缺，長期空置已開采完土地，企業(yè)不僅需要支付大量費用，同時也浪費了稀缺的土地資源。為減短礦區(qū)土地占地時間，確保土地得到充分利用，根據(jù)某鋁土礦礦區(qū)開采特點，采用低空無人機傾斜攝影技術(shù)，生成礦區(qū)的實景三維模型與數(shù)字地形圖等資料，及時對已開采土地進行整理，對實現(xiàn)礦區(qū)土地的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［1］。

1 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影測量技術(shù)是近幾年在傳統(tǒng)攝影測量基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)。不同于傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)，傾斜攝影測量技術(shù)不僅獲取被攝物體的正視影像，同時通過傾斜傳感器，獲得多個角度傾斜影像。利用最先進的定位技術(shù)，能夠賦予傾斜影像豐富的位置信息，使得傾斜影像的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。傾斜攝影技術(shù)的引進和傾斜影像軟件應(yīng)用開發(fā)，極大地降低了目前三維建模的成本，具體技術(shù)流程如下。

1.1 影像獲取

首先，根據(jù)項目的具體要求，進行實地現(xiàn)場調(diào)查，查閱已有規(guī)范，進行低空無人機傾斜攝影技術(shù)方案的設(shè)計。根據(jù)設(shè)計規(guī)范，成圖比例尺為1∶1 000，影像分辨率要求不高于4 cm；由于攝區(qū)地處山區(qū)，以攝區(qū)的平均高程為基準，設(shè)置絕對航飛高度為200 m；根據(jù)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件對影像的要求，航向要求70%的重疊度，旁向要求60%的重疊度，獲取航飛影像。

1.2 像控點的布設(shè)及檢查點測量

為了保證數(shù)據(jù)處理的精度，同時結(jié)合項目要求，坐標系統(tǒng)一采用BJ54坐標系，中央投影帶為108度。航飛之前在礦區(qū)周圍布設(shè)16個控制點，并做明顯的標記，采用RTK獲取控制點的坐標數(shù)據(jù)，并以txt的格式保存，同時在測區(qū)范圍內(nèi)選擇20個分布均勻檢查點，方便后期檢測成果精度，采用GPS－RTK測量，平面位置和高程位置中誤差要求不超過0.1 m。

1.3 實景三維全自動建模

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理以acute3D公司的smart 3Dcapture軟件為主進行三維建模。主要數(shù)據(jù)處理過程如下：（1）數(shù)據(jù)準備（影像整理、像控點坐標處理等）；（2）新建項目工程；（3）影像導(dǎo)入及質(zhì)量檢查；（4）控制點刺入；（5）自動空中三角解算；（6）模型參數(shù)設(shè)置；（7）三維模型輸出。采用該軟件系統(tǒng)進行實景三維建模，自動化程度高，人工干預(yù)較少，全自動獲得實景三維，但是對于單個點的構(gòu)筑物或者植被等語義的信息，難以處理編輯。所以需要對實景三維模型進行精細化處理［2］。

1.4 精細化三維建模

模型的精細化處理主要采用天際航開發(fā)的DP－modeler，根據(jù)smart3D獲得的成果數(shù)據(jù)包括：（1）Xm l格式空三；（2）OSGB格式模型；（3）勻光勻色后的影像。主要數(shù)據(jù)處理過程如下：（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理；（2）模型導(dǎo)入；（3）單體化建模；（4）模型重建；（5）成果導(dǎo)出。模型的單體化處理主要針對采空區(qū)進行，重建目標區(qū)域信息。

1.5 矢量數(shù)據(jù)采集

根據(jù)smart3D獲得的成果數(shù)據(jù)，采用DP－modelermaper進行矢量數(shù)據(jù)采集，在DP－modelermaper三維自由視圖界面，導(dǎo)入OSG文件，用規(guī)定的符號在模型中提取地物、地貌的平面位置和高程位置，獲取矢量圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.6 模型精度

本次三維模型的精度主要采用外業(yè)檢查點進行精度檢查，根據(jù)檢查點對應(yīng)位置的模型坐標作對比進行精度評估，評估數(shù)據(jù)見表1。

表1 模型精度統(tǒng)計表

對檢查點與模型點的X坐標方向偏差統(tǒng)計分析如圖1所示。

圖1 X軸方向偏差分布圖

對檢查點與模型點Y坐標方向偏差統(tǒng)計分析如圖2所示。

對檢查點與模型點高程方向偏差統(tǒng)計分析如圖3所示。

根據(jù)外業(yè)實測的20個檢查點數(shù)據(jù)分別進行平面位置和高程位置中的誤差統(tǒng)計，平面位置中誤差為0.281 m，高程中誤差為0.376 m，完全滿足國家1∶1 000大比例尺傾斜攝影測量制圖規(guī)范的要求。

圖2 Y軸方向偏差分布圖

圖3 高程方向偏差分布圖

2 傾斜攝影在土地整理中的應(yīng)用

針對該鋁土礦礦床分布零散、礦藏埋設(shè)深度淺、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，采用露天開采方式。礦區(qū)開采速度快，用地周期短，通常只需2～3 a。開采結(jié)束后，對采空區(qū)進行土地整理，可恢復(fù)被破壞耕地并同時提升耕地土壤肥力。土地整理既能保持礦區(qū)可耕種面積總量的平衡，又能保證礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。土地整理采用工程復(fù)墾和生物復(fù)墾相結(jié)合，實現(xiàn)土地的良性循環(huán)。工程復(fù)墾以企業(yè)為主體，而生物復(fù)墾以農(nóng)民為主體［3］。

2.1 設(shè)計階段

土地整理設(shè)計階段工作主要包括施工圖設(shè)計和施工成本概預(yù)算兩部分。施工圖設(shè)計不同于傳統(tǒng)的基于地形圖進行設(shè)計，無人機傾斜攝影測量技術(shù)能夠獲得礦區(qū)的實景三維模型，同時具有清晰的實景紋理，以此為設(shè)計底圖，進行土地整理規(guī)劃設(shè)計。施工成本概預(yù)算是為加強已開采完礦山土地整理過程中的成本管理，合理安排資源，提高施工效率和質(zhì)量。實景三維模型相對于傳統(tǒng)的數(shù)字線劃圖能夠更精確地控制土地整理時填挖土方量，降低項目施工成本。傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，改變了設(shè)計者以往的設(shè)計模式，通過無人機航拍影像處理生成的現(xiàn)場實景模型輔助設(shè)計。實景模型不僅提供最真實的數(shù)據(jù)保障，還與設(shè)計模型輕松對接并融合。

2.2 項目實施階段

項目實施階段，利用無人機傾斜攝影獲取的實景模型監(jiān)督、記錄項目施工狀況。項目實施階段工作匯報、項目進度分析、項目實施方案研討等都是必不可少的工作。傳統(tǒng)的工作匯報方式并不能把工作進展匯報到位，不具備直觀性。通過三維實景模型進行工作匯報，不需要親臨施工現(xiàn)場驗證匯報的虛實，直接利用三維實景模型，項目的施工情況能夠更直觀真實地展現(xiàn)和便于查看。即省時間，又提高了工作效率。

2.3 在土地整理后評價中的應(yīng)用

對整理后土地，同樣采用低空無人機傾斜攝影技術(shù)，獲取其三維模型。對比整理前后土地的變化，綜合評定整理后土地效益。主要表現(xiàn)在兩個方面：

1.原先無法耕種的鋁礦地經(jīng)過土地整理后變成了可耕種土地，礦區(qū)可耕種面積總量得到提升。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，該鋁土礦區(qū)開采前可耕土地為38 km2，整理后的可耕種為41.8 km2，礦區(qū)可耕種土地面積增加了10%。

2.整理后土地的地力明顯得到提高，農(nóng)民可選種作物品種增加。鋁土礦開采前，礦區(qū)耕地土壤貧瘠，土地耕種困難，主要作物種類是木薯或玉米，年收入3 500元／hm2左右。企業(yè)進行礦山開采時，每年給予16 349元／hm2經(jīng)濟補償。對開采完礦區(qū)，企業(yè)進行土地整理，鋪設(shè)優(yōu)質(zhì)有機耕作層，提升土壤肥力，經(jīng)整理后的土地歸還給農(nóng)民。農(nóng)民可改種甘蔗等更具經(jīng)濟價值的作物，使年收入達到6 000元／hm2左右。相對于礦區(qū)開采前，農(nóng)民收入得到了明顯增加。同時企業(yè)改變傳統(tǒng)運作模式，采取以租代征，邊開采邊整理的新方式，降低了企業(yè)的開發(fā)成本。在獲取鋁土礦資源的同時提高了礦區(qū)人民的生活水平，保證了礦區(qū)的生態(tài)穩(wěn)定，實現(xiàn)了礦區(qū)經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展。截止到2016年12月，根據(jù)國土資源部門的專項驗收統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，該鋁土礦區(qū)先后完成整理土地面積共計328 hm2，復(fù)墾率100%，復(fù)地率達70%。

3 結(jié) 論

利用低空無人機傾斜攝影技術(shù)，快速獲取某鋁土礦山的測繪成果，將實景三維模型應(yīng)用到鋁土礦山開采區(qū)土地整理中，準確指導(dǎo)該鋁土礦采空區(qū)土地整理，從而使整理后耕地總量增加，復(fù)墾地適用性增強、土壤肥力提升。對未來礦山土地開發(fā)利用具有一定的參考價值［4］。

［1］ 許恒周，郭忠興.科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下的土地可持續(xù)利用問題［J］.國土資源科技管理，2005，（4）：55－59.

［2］ 譚金石，黃正忠.基于傾斜攝影測量技術(shù)的實景三維建模及精度評估［J］.現(xiàn)代測繪，2015，（5）：21－24.

［3］ 劉聰，賀躍光，陳帥，等.無人機測繪在某鋁土礦山土地復(fù)墾中的應(yīng)用［J］.中國錳業(yè)，2016，（1）：52－54.

［4］ 郄瑞卿，崔寶華，關(guān)俠.建筑用石灰?guī)r礦土地復(fù)墾綜合效益評價［J］.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，（4）：494－499.

Oblique Photography in the Application of a Bauxite M ining Land Consolidation

CHEN Shuai1，BAO Zhixuan2，F(xiàn)AN Mingxue3
（1.Hunan Vocational College of Enineering，Changsha 410151，China；2.Hunan Hydro＆Power Design Institute，Changsha 410076，China；3.Xinjiang Beixin Road＆Bridge Group Co.，Ltd.，Wulumuqi830000，China）

Combining the scattered distribution of a bauxite mine deposit，mineral occurrence of shallow，complex geological structure，using the way of strip mining and mining speed and characteristics of short land use cycle，the tilt photography real 3d technology is applied to mine production planning and mining in the mining area land consolidation，and it adopts tilt lowaltitude UAV photography mining area land consolidation before and after comparison analysis，the comprehensive benefit evaluation of land after finishing as follows：amount of cultivated land to increase after land consolidation，land suitability to enhance and soil fertility to improve.For the futuremining land use，it has a certain reference value.

oblique photography；land consolidation；real 3d

TD854

A

1003－5540（2017）03－0006－03

2017－03－29

陳 帥（1989－），男，助教，主要從事攝影測量與遙感工作。