無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)在露天礦山監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐與探索

涂 勇，萬(wàn) 昕

（1.南昌市土地測(cè)繪工程公司，江西 南昌 330000；2.南昌市不動(dòng)產(chǎn)登記中心，江西 南昌 330012）

隨著礦山開采工作效率的不斷提升，為保障礦山建設(shè)及生產(chǎn)的安全性，企業(yè)需要加強(qiáng)礦山監(jiān)測(cè)，應(yīng)用現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)，獲取準(zhǔn)確的地質(zhì)勘測(cè)信息，避開開采高危因素[1]。但是由于露天礦常占地面積較大、地形復(fù)雜多變，采用傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段，工作量大，工作效率低，且數(shù)據(jù)精度得不到有效保障，且現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪人員還會(huì)因?yàn)槁短斓V邊坡滑坡而面臨人身危險(xiǎn)。無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，充分地滿足了露天礦山監(jiān)測(cè)的需求，采用無(wú)人機(jī)低空多角度鏡頭攝影的方式，可即時(shí)獲取清晰的地標(biāo)物立體影像，獲取精準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息。

1 無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)（unmanned aerial vehicle,UAV）通常是利用無(wú)線電遙控設(shè)備及加載好的程序控制裝置來(lái)操縱，或者是由車載計(jì)算機(jī)完全或半自主操控，相比于傳統(tǒng)的人工駕駛飛機(jī)來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)具有輕便靈活、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，能夠適用于各種復(fù)雜環(huán)境的作業(yè)，目前被廣泛應(yīng)用于航拍、農(nóng)業(yè)、災(zāi)難救援、觀察野生動(dòng)物、監(jiān)控傳染病等領(lǐng)域中[2]。

從系統(tǒng)框架上來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：①無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)。固定翼無(wú)人機(jī)成本較低，且飛行平穩(wěn)，在帶狀地形圖測(cè)圖項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛；②飛行控制系統(tǒng)。其作用為飛行控制和任務(wù)設(shè)備管理，由自駕儀、GPS定位裝置、姿態(tài)陀螺及無(wú)線電遙控系統(tǒng)組成，能夠有效控制無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)航行參數(shù)，并將這些飛行參數(shù)能夠及時(shí)傳輸?shù)降孛婵刂破脚_(tái)中，讓工作人員實(shí)時(shí)掌握無(wú)人機(jī)的航拍情況；③攝影傳感器。無(wú)人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)中常用的攝影傳感器有多種，其中較為常用的是EOS 5DMarkⅡ,在無(wú)人機(jī)航拍過(guò)程中，采取飛控系統(tǒng)進(jìn)行快門定點(diǎn)爆光的控制，對(duì)焦固定在無(wú)窮遠(yuǎn)處，并鎖定相機(jī)的內(nèi)方位元素，采用固定光圈及二軸穩(wěn)定云臺(tái)；④地面控制系統(tǒng)。在航拍前期，通過(guò)地面控制系統(tǒng)明確測(cè)圖區(qū)域，進(jìn)行航線設(shè)計(jì)及無(wú)人機(jī)航行參數(shù)設(shè)置，而在航拍階段則需要通過(guò)這一系統(tǒng)監(jiān)測(cè)航拍情況，無(wú)人機(jī)結(jié)束航程后續(xù)進(jìn)行導(dǎo)航文件的輸出及整理，并且進(jìn)行影像質(zhì)量評(píng)估。

無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)的研發(fā)，突破了傳統(tǒng)的測(cè)繪作業(yè)模式，在露天礦山監(jiān)測(cè)中應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)建設(shè)的全過(guò)程監(jiān)控，體現(xiàn)出了以下幾項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①通過(guò)垂直及傾斜等多個(gè)角度采集遙感影像，可全面直觀地反映出地標(biāo)物周邊的真實(shí)情況；②能夠完整地采集到建筑物側(cè)面紋理，反映出地標(biāo)物的具體信息；③在傾斜影像中，可實(shí)現(xiàn)單張影像的量測(cè)；④數(shù)據(jù)量較小，便于傳輸、共享。

2 無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)在露天礦山監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐與探索

2.1 技術(shù)應(yīng)用流程

在露天礦山監(jiān)測(cè)中，無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用流程如下：①需求調(diào)研階段。根據(jù)露天礦山監(jiān)測(cè)范圍，適當(dāng)外擴(kuò)后作為無(wú)人機(jī)航拍區(qū)域，確定DOM分辨率及三維模型分辨率；②航線設(shè)計(jì)階段。確定航拍范圍后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，收集測(cè)區(qū)的地質(zhì)、氣候等信息，制定航測(cè)計(jì)劃，導(dǎo)入無(wú)人機(jī)控制軟件，設(shè)置航高、帶寬、重疊度、地面分辨率等參數(shù)，合理規(guī)劃航線，并將之錄入到飛行控制系統(tǒng)中；③外業(yè)航拍階段。同一個(gè)飛信平臺(tái)上，需搭載5臺(tái)傳感器，從一個(gè)垂直角度及四個(gè)傾斜角度來(lái)采集地標(biāo)物的多方位影響，拍攝照片時(shí)需記錄當(dāng)時(shí)的無(wú)人機(jī)航行參數(shù)，比如說(shuō)高度、速度、方向、坐標(biāo)等，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，此時(shí)可以結(jié)合應(yīng)用GPS技術(shù)，嵌入地理信息及影像信息，獲取更為詳細(xì)全面的測(cè)繪信息，并通過(guò)額外操控?zé)o人機(jī)補(bǔ)拍的方式補(bǔ)充信息；④內(nèi)業(yè)處理階段。應(yīng)用技術(shù)相關(guān)軟件Arcgis、inpho、smart3D等對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取數(shù)字正射影響及三維立體模型；⑤成果質(zhì)量評(píng)定。對(duì)數(shù)據(jù)精度以及圖面的拼接拉伸痕跡進(jìn)行檢查，若符合要求則說(shuō)明項(xiàng)目質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

圖1 無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用流程圖

2.2 技術(shù)應(yīng)用成果

在露天礦山監(jiān)測(cè)中，無(wú)人機(jī)航空遙感攝影技術(shù)的成果主要有：① 可獲取具有較高分辨率的地標(biāo)物三維傾斜立體模型及數(shù)字化信息，以及詳細(xì)精準(zhǔn)的DOM數(shù)據(jù)，應(yīng)用Arcmap 軟件，可進(jìn)行平面測(cè)量，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)開采范圍及開采面積的檢測(cè)；②應(yīng)用smart3D軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)三維傾斜立體模型的立體兩側(cè)，計(jì)算出開挖土方量，而通過(guò)不同階段的量測(cè)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)礦山開采的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；③由于所獲取的影像分辨率較高，管理者可清晰直觀地觀察到露天礦山的建設(shè)生存情況，并以此為依據(jù)開展開采生存調(diào)度、礦山環(huán)境保護(hù)、排水疏干等工作。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)航空遙感攝影技術(shù)在現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)體系中的一種，具有經(jīng)濟(jì)適用性好、測(cè)繪效率高、測(cè)繪數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)且準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)測(cè)繪工程中。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其技術(shù)內(nèi)容發(fā)生了變化，攝影角度增加，通過(guò)無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)，測(cè)繪技術(shù)人員可獲取垂直及傾斜等多個(gè)方位的地標(biāo)物影像，自動(dòng)生成三維地理信息模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)于地標(biāo)物的立體監(jiān)測(cè)。在露天礦山測(cè)量工作中，應(yīng)用這一技術(shù)，可獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域的地貌原始地形圖，并隨著礦山的建設(shè)生成，獲取建筑物、管線等的具體信息，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)，同時(shí)進(jìn)行采場(chǎng)與排土場(chǎng)尾礦測(cè)繪驗(yàn)收、月工程量的測(cè)量驗(yàn)收等。