無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)在礦山監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

（河南省有色測(cè)繪有限公司，河南 安陽(yáng) 450016）

礦山建設(shè)發(fā)展是推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)重要內(nèi)容，隨著礦山開(kāi)采工作效率的不斷提升，為礦山建設(shè)及生產(chǎn)的安全性提供了保障。但由于礦區(qū)的地形復(fù)雜，給相關(guān)的測(cè)繪、監(jiān)測(cè)工作增加了難度，傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)、監(jiān)測(cè)手段存在工作效率低、數(shù)據(jù)精度不高等問(wèn)題，而無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了礦區(qū)影像的清晰度，還能保障獲取數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，進(jìn)而促進(jìn)礦區(qū)的建設(shè)工作[1]。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影概述

無(wú)人機(jī)是指具有自動(dòng)駕駛能力的飛行器，一般是通過(guò)無(wú)線遙感設(shè)備進(jìn)行控制，對(duì)規(guī)定區(qū)域進(jìn)行信息采集并傳回，由地面接收設(shè)備進(jìn)行信息接收，通過(guò)對(duì)信息的分析、確認(rèn)、篩選，最終達(dá)到收集所測(cè)區(qū)域的空間的、全方位的信息。傾斜攝影技術(shù)是通過(guò)一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜、五個(gè)不同的視角同步采集影像的，從而獲得更加豐富、清晰的資料。該技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，其打破了傳統(tǒng)的拍攝局限，由一飛行平臺(tái)和多臺(tái)傳感器完成了影像采集的工作。傾斜攝影技術(shù)不僅可以真實(shí)地反映所測(cè)區(qū)域的地物、地貌，保障所測(cè)事物信息的精確度，而且能夠在定位、建模等技術(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建三維城市模型，將給人們帶來(lái)更加清晰、直觀的影像。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠記錄攝影瞬間所測(cè)區(qū)域地表任意角度的影像信息和三維坐標(biāo)信息，具有高精度、高分辨率、高效的特點(diǎn)，能夠反映所測(cè)區(qū)域的地形地物和周邊環(huán)境的實(shí)際情況，在測(cè)量工作中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)[2]。

2 無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)在礦山監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析

（1）工作流程。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以完成礦山地形的多角度拍攝，將地形的真實(shí)情況記錄下來(lái)，并能夠完整、清晰地顯示信息。該技術(shù)通過(guò)大規(guī)模的高空拍攝，收集到礦山地質(zhì)及紋理的數(shù)據(jù)信息，并以三維立體模型的方式展現(xiàn)出來(lái)。主要的工作包括以下幾個(gè)方面：①前期的考察調(diào)研工作。為了保障測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性，在進(jìn)行無(wú)人機(jī)航拍前應(yīng)進(jìn)行一定的準(zhǔn)備工作，即礦山的前期考察調(diào)研工作。通過(guò)該工作對(duì)礦山的具體情況進(jìn)行了解，主要內(nèi)容包括：確定礦山拍攝范圍、確定并調(diào)整攝影影像的分辨率等。②確定拍攝航線。完成前期的調(diào)研工作后，應(yīng)及時(shí)整理和研究獲得的數(shù)據(jù)信息。通過(guò)一系列的整合工作，將所有信息進(jìn)行數(shù)字化，結(jié)合無(wú)人機(jī)的控制軟件，做好影像分辨率的調(diào)整，同時(shí)加入航拍高度畫(huà)面的各種參數(shù)，從而規(guī)劃和確定航拍的路線。③內(nèi)外業(yè)的航拍與處理階段。在航拍前，要做好飛行平臺(tái)的搭建和各個(gè)傳感器的調(diào)整工作，使得兩者能夠統(tǒng)一、有效地進(jìn)行工作。在無(wú)人機(jī)傾斜技術(shù)拍攝的過(guò)程中，要做好礦山各種相關(guān)數(shù)據(jù)信息的記錄工作，并統(tǒng)一的進(jìn)行整理、分析。在完成礦山的無(wú)人機(jī)傾斜攝影工作后，應(yīng)由專業(yè)人員借助一些系統(tǒng)軟件，分析和處理所拍攝的信息，最終建立一個(gè)三維立體的模型圖像。就無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)而言，其不僅可以實(shí)現(xiàn)拍攝地現(xiàn)場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)傳送，還能對(duì)礦山的地理位置、有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的展示，從而保障礦山地形測(cè)繪信息的完整性、可靠性。④分析和評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果。檢查點(diǎn)的結(jié)果是否精準(zhǔn)，影響著礦山地形測(cè)量結(jié)果的評(píng)定。因此，要嚴(yán)格檢測(cè)礦山地形的檢查點(diǎn)，檢測(cè)項(xiàng)目的合格程度和完成程度。尤其是礦山地形拍攝畫(huà)面是否存在明顯的拼接痕跡方面進(jìn)行詳細(xì)檢查，在一定程度上確保攝影資料的準(zhǔn)確性。

（2）礦山開(kāi)采區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)。一般情況下，無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)是在露天情況下實(shí)施監(jiān)測(cè)礦山的開(kāi)采情況。在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)能夠呈現(xiàn)高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)信息，真實(shí)反映礦山的開(kāi)采情況。在獲取的圖像中，能夠體現(xiàn)出礦山開(kāi)采區(qū)域的地形地貌，通過(guò)該技術(shù)生成的三維立體模型能夠還原礦山的情況，反映出開(kāi)采進(jìn)度及步驟，在一定程度上降低了礦山測(cè)量工作人員的工作任務(wù)和監(jiān)測(cè)管理人員的工作量。

提高了相關(guān)工作人員的工作效率，保障了礦山的安全和經(jīng)濟(jì)效益，有利于礦山開(kāi)采工作的順利進(jìn)行。

（3）應(yīng)用成果分析。在礦山的開(kāi)采監(jiān)測(cè)工作中，無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)的主要應(yīng)用成果為：其一，獲取了高分辨率的DOM數(shù)據(jù)，在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立三維傾斜立體數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)礦山的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障相關(guān)工作開(kāi)展的安全性；其二，實(shí)現(xiàn)了傾斜立體模型的多方位測(cè)量，土方量的實(shí)際測(cè)量，體現(xiàn)了礦山監(jiān)測(cè)的直觀性、有效性、及時(shí)性；其三，真實(shí)反映了礦山工程開(kāi)采情況，減少了人力、物力的消耗量，保障了礦山工程的進(jìn)度以及其他輔助工程的高效開(kāi)展，比如排水疏干工程、環(huán)境保護(hù)工程等。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的其他應(yīng)用及實(shí)例分析

3.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的其他應(yīng)用

由于無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)量技術(shù)及三維實(shí)景模型具有一定的優(yōu)勢(shì)，使其在測(cè)繪方面得到了廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：一是城市規(guī)劃方面，無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)繪技術(shù)形成的城市三維實(shí)景模型能夠?qū)崿F(xiàn)城市景觀、景區(qū)等方面的虛擬呈現(xiàn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Τ鞘姓w進(jìn)行瀏覽，為城市規(guī)劃工作提供了一定的幫助；二是礦山監(jiān)測(cè)方面，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量可以靈活快速地獲取所測(cè)區(qū)域影像，完成地形圖的生產(chǎn)、更新，可進(jìn)行竣工測(cè)量等；三是電力規(guī)劃方面，電力是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠快速實(shí)現(xiàn)線路走廊的三維環(huán)境建立，從而對(duì)電力線路帶狀區(qū)域的相關(guān)信息進(jìn)行準(zhǔn)確獲??；四是該技術(shù)還為國(guó)土資源、公安、環(huán)保等各行各業(yè)提供基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的高精度三維地理信息服務(wù)。

3.2 無(wú)人機(jī)三維傾斜技術(shù)在礦山監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例分析

待測(cè)區(qū)域?yàn)楦拭C酒泉鐵銅多金屬礦區(qū)的一部分，利用無(wú)人機(jī)三維傾斜技術(shù)進(jìn)行礦山監(jiān)測(cè)，主要進(jìn)行了以下幾方面內(nèi)容：確定拍攝范圍、航線設(shè)計(jì)、控制點(diǎn)布設(shè)、影像數(shù)據(jù)處理。

航拍的相關(guān)參數(shù)為：飛行區(qū)域?yàn)?0m2，飛行高度為航高500m，使用的相機(jī)為EOS 5D MarkII。

航線設(shè)計(jì)：根據(jù)Kappa角的變化對(duì)其進(jìn)行航帶劃分，規(guī)劃出的航線為，垂直攝影11條航線、傾斜角度攝影22條航線。控制點(diǎn)布設(shè)：根據(jù)航線的劃分和礦區(qū)的實(shí)際情況，對(duì)其周?chē)M(jìn)行了控制點(diǎn)布設(shè)，大概布設(shè)了300個(gè)控制點(diǎn)。影像數(shù)據(jù)處理：該過(guò)程的流程為影像自動(dòng)匹配→地面控制點(diǎn)量測(cè)→影像匹配加密提取DEM→DOM與全景圖制作。通過(guò)無(wú)人機(jī)三維傾斜技術(shù)能夠?qū)ΦV山的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)礦區(qū)的地形、地質(zhì)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防控和環(huán)境保護(hù)方面具有重要意義。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，將無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用到礦山監(jiān)測(cè)中，能夠保障礦區(qū)數(shù)據(jù)的可靠性、信息真實(shí)性等；實(shí)現(xiàn)礦山開(kāi)采全過(guò)程、全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障了整個(gè)礦山工程的安全性。該技術(shù)的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)、三維模型優(yōu)勢(shì)等，使其應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)一步推動(dòng)了該技術(shù)的發(fā)展。