無人機三維傾斜攝影技術(shù)在礦山監(jiān)測中的應(yīng)用

胡 月

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊，貴州 貴陽 551400）

礦產(chǎn)資源作為生產(chǎn)活動中的重要的投入要素，在我國現(xiàn)代化和工業(yè)化發(fā)展過程中起著很重要的戰(zhàn)略作用。然而，長期以來在對礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用過程中，存在著諸多如安全、管理、環(huán)境和技術(shù)等方面的問題[1]。由于開采技術(shù)的落后和環(huán)境保護規(guī)劃的缺位，礦產(chǎn)資源的開發(fā)必然會給環(huán)境帶來一定的破壞，如開發(fā)間接導(dǎo)致的泥石流，固體廢棄物亂堆等。

從企業(yè)角度，礦山測繪通過為礦山開發(fā)提供技術(shù)和管理指導(dǎo)從而促進礦山資源開采效率，增強企業(yè)經(jīng)濟效益。從政府監(jiān)管角度，監(jiān)管部門需要對礦產(chǎn)企業(yè)是否存在越界開發(fā)、違法開采、破壞環(huán)境等方式進行定期監(jiān)管，面臨著勞動投入、監(jiān)測周期、監(jiān)管精度等方面的選擇[2]。無人機攝影技術(shù)擁有快速、高效、高精度等優(yōu)勢，可為礦區(qū)監(jiān)管提供有力技術(shù)支撐。

無人機遙感作為航空攝影測量遙感最便捷的手段之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于土地變化、作物估產(chǎn)、野外作業(yè)、生態(tài)環(huán)境評價等領(lǐng)域。利用無人機等遙感技術(shù)實現(xiàn)對地表的不間斷監(jiān)測，有助于加強對礦山的地質(zhì)背景情況了解，如地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等，促進對占用土地、礦山地質(zhì)災(zāi)害分布情況等開發(fā)利用的管理。

1 無人機傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)：主要包括傾斜影像數(shù)據(jù)獲取和傾斜影像數(shù)據(jù)處理。傾斜影像數(shù)據(jù)獲取是通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，實現(xiàn)從多個角度獲取地形地貌信息，通常采用5臺照相機，垂直地面的鏡頭所拍攝的成為正片，其他與地面成一定夾角的為斜片。傾斜影像數(shù)據(jù)處理通過將正片與斜片進行多視角聯(lián)合平差、影像密集匹配、3D紋理映射等過程，生成基“全要素、全紋理”的實景三維模型。無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)，主要由無人機系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成。

1.1 無人機系統(tǒng)

作為遙感航測飛行平臺，在無人機系統(tǒng)需要搭載和安裝一定重量和體積的任務(wù)設(shè)備；首先應(yīng)具備足夠的安全性和可靠性。同時航高和飛行航跡控制精度要滿足攝影測量的基本要求。根據(jù)項目的具體環(huán)境，作業(yè)區(qū)域的范圍，選擇具體規(guī)格和型號的航攝無人機。

1.2 任務(wù)載荷系統(tǒng)

主要包括傾斜攝影相機、同步控制裝置、穩(wěn)定云臺等。其中，傾斜相機及多角度同步控制裝置用于影像同步獲取，是必須配備的構(gòu)件；穩(wěn)定云臺、位置與姿態(tài)采集系統(tǒng)的配備可提高影像獲取精度，提升三維建模的效果。

1.3 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是也傾斜攝影測量的重要組成部分，通常采用三分布式計算機制，而具備海量數(shù)據(jù)處理能力，通過傾斜攝影三維軟件，利用連續(xù)的二維圖像，就能還原出實景三維模型。

2 無人機傾斜攝影技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用

2.1 準(zhǔn)備條件

首先，需要選取合適的傾斜數(shù)字航空攝影相機以及配套的衛(wèi)星定位系統(tǒng)及管理系統(tǒng)。

其次，天氣能見度高，適合拍照攝影，以氣候溫和，晴朗天氣為宜。

最后，執(zhí)行飛行任務(wù)前，根據(jù)礦山情況選好拍攝控制點，制定科學(xué)的飛行時段和軌跡計劃，按照控制點及加密點進行拍攝，以最大程度地克服地面突出物的重影問題。

2.2 布設(shè)控點

充分考慮到礦山的地形地貌特征，選取容易識別的地區(qū)。

如果像控點在山頭，則要盡量選擇地形變化不大的平頭山，減少像控點的高程范圍可以較大地增加傾斜攝影測量精確度，避免選擇有植被遮擋或者施工建筑物遮擋的區(qū)域而導(dǎo)致精度下降。

2.3 測量精度不足的解決

由于外在環(huán)境因素以及技術(shù)準(zhǔn)備等方面的影響，測繪過程中出現(xiàn)盲區(qū)是不可避免的。解決辦法：①三角加密和校正技術(shù)，計算影像外的方位變量，同時提出干擾因素，實現(xiàn)盲區(qū)預(yù)測，有效的改善地形條件不好的區(qū)域航測結(jié)果。②外業(yè)調(diào)繪及補測。

標(biāo)記初步測繪結(jié)果中地物、高程等方面不確定的區(qū)域或者是復(fù)雜的區(qū)域，特別是一些植被和建筑物遮擋區(qū)域。進行補測或外業(yè)調(diào)繪工作，彌補不足，從而大大提高測繪的精準(zhǔn)度。

3 無人機傾斜攝影在礦山監(jiān)測中具體內(nèi)容

3.1 開采監(jiān)測

在礦區(qū)范圍外布設(shè)控點，根據(jù)監(jiān)管要求，在相應(yīng)時間節(jié)點，針對礦區(qū)范圍線適當(dāng)外擴進行航攝作業(yè)。將傾斜攝影航攝生產(chǎn)的高分辨率DOM與審批范圍進行套合，通過人工解釋等其他手段可基本判定是否存在開采范圍越界現(xiàn)象。對于露天礦開采區(qū)，可通過無人機傾斜攝影技術(shù)實現(xiàn)開采量監(jiān)測。由于礦體裸露，方便獲取DEM數(shù)據(jù)用于計算礦山體積，全面描述礦區(qū)地理信息，精度較高，且降低了測繪人員作業(yè)風(fēng)險。

3.2 日常監(jiān)管檢測

借助無人機傾斜攝影技術(shù)可以實現(xiàn)礦區(qū)管理中的事故和應(yīng)急監(jiān)測，生產(chǎn)調(diào)度管理，礦體生產(chǎn)能力和投資決策等管理輔助決策。

首先，利用無人機航攝實現(xiàn)對礦山的日常巡查，拍攝礦區(qū)隱患點的照片或視頻，進行事故監(jiān)測和隱患判別。其次，利用傾斜攝影成果即三維模型，管理者能夠較清晰直觀地判斷礦體的開采情況，以此為依據(jù)來制定相應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)度、礦山排水疏干、土地復(fù)用、礦山環(huán)境保護等決策。再次，借助對礦區(qū)開采范圍和邊角破的監(jiān)測，可以實現(xiàn)對可開采量、生產(chǎn)能力和開采年限等投資決策數(shù)據(jù)的估算，以此為依據(jù)，決定是否增加固定設(shè)備投資，是否進行新的產(chǎn)能投入，提高投資決策水平。