淺析無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

袁想堂

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊(duì)，甘肅 平?jīng)?744000）

與傳統(tǒng)地圖測(cè)繪方式相比，無(wú)人機(jī)傾斜攝影能夠解決其作業(yè)效率低、出圖時(shí)間長(zhǎng)、成本較高的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的測(cè)圖方式中，需要外業(yè)工作人員去野外實(shí)地作業(yè)，獲取高程點(diǎn)，缺乏安全保障，并且傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量進(jìn)行礦山測(cè)量的過程中，又存在著成本高，對(duì)野外環(huán)境尤其是天氣條件較為苛刻的要求，作業(yè)周期較長(zhǎng)，因此傳統(tǒng)攝影測(cè)量也在礦山測(cè)量等測(cè)繪應(yīng)用中受了較多限制。

1 傾斜攝影技術(shù)概述

與無(wú)人機(jī)垂直攝影測(cè)量不同，傾斜攝影測(cè)量時(shí)，通常是在同一個(gè)飛行器上搭載多個(gè)傳感器，從垂直、傾斜等多個(gè)不同角度采集所需影像，獲取相對(duì)更完整準(zhǔn)確的地面物體的相關(guān)信息。然后內(nèi)業(yè)通過對(duì)傾斜攝影測(cè)量采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步獲得地表數(shù)據(jù)更多的側(cè)面信息，通過數(shù)據(jù)整合，使之成為一個(gè)具有地物權(quán)方位信息的數(shù)據(jù)，并生成對(duì)應(yīng)的三維模型，以便后續(xù)其他數(shù)據(jù)資料的采集與處理。

無(wú)人機(jī)垂直攝影測(cè)量往往獲得的只是地物的俯視圖像，也因視場(chǎng)角的問題，影像邊緣能獲取一部分地物側(cè)面信息，旁向方向上沒有重疊的區(qū)域會(huì)受投影差的影響，地物被遮擋的其他部分基本很難獲取相關(guān)信息。而傾斜攝影測(cè)量的多鏡頭多角度測(cè)量，彌補(bǔ)了垂直攝影測(cè)量的不足，通過前視、后視、左視、右視四個(gè)方向拍攝的地物信息，更多地獲取地物的側(cè)面相關(guān)信息，因遮擋無(wú)法獲取影像的問題也得到了很好的解決。

傾斜攝影測(cè)量獲得的影像及模型能夠真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，彌補(bǔ)了單一正射影像圖在應(yīng)用中的不足。通過相關(guān)配套軟件的適用，傾斜攝影測(cè)量也可實(shí)現(xiàn)單張影像測(cè)量。針對(duì)各種三維數(shù)字城市的應(yīng)用，利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，通過使用傾斜攝影測(cè)量獲得的影像及貼紋理的方式，能夠有效地降低三維建模所花費(fèi)的成本，而且傾斜攝影測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)量相對(duì)較小，其影響數(shù)據(jù)格式能夠使用成熟的技術(shù)快速的發(fā)布于網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多方共享。

2 實(shí)例應(yīng)用

本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)某地農(nóng)房一體化調(diào)查野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過無(wú)人機(jī)傾斜攝影采集圖像建立模型后，選擇與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中成果點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)對(duì)比，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.1 數(shù)據(jù)采集所用無(wú)人機(jī)及搭載相機(jī)相關(guān)參數(shù)

本文中所用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用大疆M600 PRO六旋翼無(wú)人機(jī)搭載紅鵬AP5600微型傾斜相機(jī)進(jìn)行采集。

大疆M600 PRO是全球飛行影像系統(tǒng)的開拓者和領(lǐng)導(dǎo)者深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司于2016年11月上市的一款六軸飛行器，飛行器載重為6kg，最大飛行海拔高度為2500m，在無(wú)風(fēng)環(huán)境下作業(yè)，其最大水平飛行速度可達(dá)65km/h，最大俯仰角度為25°，最大上升速度與最大下降速度分別為5m/s和3m/s。大疆M600 Pro全面支持大疆機(jī)載軟件開發(fā)套件和移動(dòng)端軟件開發(fā)套件，為不同行業(yè)應(yīng)用需求提供豐富接口。預(yù)留雙路電源擴(kuò)展接口，4個(gè)CAN口和1個(gè)API數(shù)據(jù)接口，可連接高精度D-RTK GNSS或第三方外置設(shè)備，定制化滿足專業(yè)需求。

微型傾斜相機(jī)AP5600集成了一個(gè)垂直和四個(gè)傾斜相機(jī)，適用于小范圍高分辨率的傾斜攝影測(cè)量任務(wù)，相機(jī)尺寸為230mm×260mm×260mm，重量?jī)H2.5kg，搭載的五個(gè)傳感器尺寸為23.2mm×15.4mm。焦距為20mm，側(cè)視鏡頭傾斜角為45°，單鏡頭像素為2010萬(wàn)，測(cè)得像元物理尺寸為4.25μm。其采集的影像分辨率最高可達(dá)2cm，可滿足1:500航攝規(guī)范要求，采集的影像也可通過建模軟件自動(dòng)生產(chǎn)高分辨率、高精度的真三維模型。

2.2 數(shù)據(jù)處理軟件簡(jiǎn)介

本次數(shù)據(jù)處理主要采用了實(shí)景建模軟件ContextCapture（原Smart 3D）、EPS三維測(cè)圖系統(tǒng)及南方CASS9.1。

實(shí)景建模軟件ContextCapture是Bentley公司于2015年收購(gòu)的法國(guó)公司Acute3D公司的產(chǎn)品，該軟件能夠很好地和Bentley的應(yīng)用模塊集成，融入到用戶的工作流程中，解決用戶的問題。ContextCapture能夠通過野外飛行采集的數(shù)據(jù)，建立出一個(gè)真實(shí)的模型。該軟件能夠兼容多種數(shù)據(jù)格式，優(yōu)化的算法使之提供的模型數(shù)據(jù)量只是同類系統(tǒng)軟件大概1/4的數(shù)據(jù)量，不但可以降低對(duì)硬件的要求，還可以提高運(yùn)算效率，是目前較為普遍使用的建模軟件。

EPS三維測(cè)圖系統(tǒng)是北京山維科技股份有限公司基于EPS地理信息工作站研發(fā)的自主版權(quán)產(chǎn)品，可提供基于DOM（正射影像）、OSGB（實(shí)景三維模型）、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等二三維采集編輯工具，可實(shí)現(xiàn)基于DOM和OSGB數(shù)據(jù)的垂直攝影三維測(cè)圖等。系統(tǒng)支持DOM與DEM疊加生成實(shí)景三維模型，支持二三維采編建庫(kù)一體化，實(shí)現(xiàn)信息化與動(dòng)態(tài)符號(hào)化，支持輪廓線自動(dòng)提取，提供所采地物根據(jù)指定位置快速升降高程信息，成果直接對(duì)接不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪、管網(wǎng)測(cè)量、常規(guī)測(cè)繪、智慧城市等專業(yè)應(yīng)用解決方案。

2.3 實(shí)景三維模型OSGB生成

打開數(shù)據(jù)集群計(jì)算引擎ContextCapture Center Engine，保證后續(xù)操作運(yùn)行計(jì)算。

點(diǎn)擊ContextCapture Center Master，進(jìn)入工程新建界面。

點(diǎn)擊“新工程”，選擇新工程存儲(chǔ)路徑。

在空區(qū)塊中導(dǎo)入影像及POS文件，選擇相應(yīng)坐標(biāo)系和與坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的參數(shù)。

更改相機(jī)感應(yīng)器尺寸，提交第一次空中三角測(cè)量。

完成第一次空中三角測(cè)量后，檢查數(shù)據(jù)無(wú)報(bào)錯(cuò)等問題，導(dǎo)入控制點(diǎn)文件，進(jìn)行控制點(diǎn)標(biāo)記，提交空中三角測(cè)量（注意：A.在導(dǎo)入控制點(diǎn)前應(yīng)先根據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)量地的實(shí)際坐標(biāo)系選擇空間參考坐標(biāo)系；B.在標(biāo)記控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先選取正視照片，便于判斷控制點(diǎn)在照片上所在位置；C.若Reproj.錯(cuò)誤的RMS報(bào)錯(cuò)，顯示紅色，調(diào)整預(yù)測(cè)控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)紅色光標(biāo)的位置，再次提交空中三角測(cè)量，直到該值控制在誤差范圍內(nèi)）。

完成上述步驟后，就可根據(jù)計(jì)算機(jī)配置，更改相應(yīng)參數(shù)，提交生成所需要的OSGB格式數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)拍攝的影像數(shù)據(jù)和POS，通過實(shí)景建模軟件生成的三維立體模型能夠較為真實(shí)地反映該地區(qū)野外實(shí)際情況，通過對(duì)模型上相應(yīng)成果點(diǎn)坐標(biāo)的采集與實(shí)測(cè)檢查點(diǎn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量獲得的成果在平面上的精度相比較于傳統(tǒng)的人工測(cè)繪勾畫地形圖等其他礦山測(cè)量方式，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量更能夠在地形復(fù)雜、人工不易測(cè)量的地方發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，傾斜攝影測(cè)量也為礦山測(cè)量提供了一種新的測(cè)繪方法。