無人機(jī)傾斜攝影測量在礦山測繪中的實際運用分析

侯懷敏

（江西贛南地質(zhì)工程院，江西 贛州 341000）

在礦山資源開采和利用上，需要將礦山測繪數(shù)據(jù)當(dāng)成是依據(jù)，保證礦山得到科學(xué)建設(shè)。在傳統(tǒng)的礦山測繪工作中，采用的測量技術(shù)成圖速度較慢，測繪精度難以達(dá)到要求。伴隨著高新智能技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)開始在測繪工作中得到運用，能夠提供全面影像數(shù)據(jù)資料，推動礦山測繪工作的高效開展。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

所謂的無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，其實就是通過在無人機(jī)平臺上實現(xiàn)多個航攝相機(jī)搭載，然后按照固定航線從垂直、前、后、左、右等不同傾斜角度完成測區(qū)影像采集的測量技術(shù)。采用該技術(shù)，能夠使地面物體情況得到準(zhǔn)確反映，并且實現(xiàn)物體紋理信息的高精度獲取。配合采用先進(jìn)定位、融合、建模等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)真實三維模型的生成。按照技術(shù)應(yīng)用流程，需要通過拍攝航片、pos信息和傳感器參數(shù)完成影像數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)外業(yè)像片控制測量。在此基礎(chǔ)上，需要進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，加強(qiáng)控制點影像關(guān)聯(lián)，通過空三運算實現(xiàn)成果輸出，最終完成三維實景模型和DEM模型的建立[1]。因此應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)，能夠滿足測繪區(qū)域的測量要求。

2 無人機(jī)傾斜攝影測量用于解決礦山測繪問題

在礦山開采規(guī)劃設(shè)計、礦山施工質(zhì)量監(jiān)管、礦山竣工測量等各項測繪工作中，受礦山地形復(fù)雜、常規(guī)攝影存在局限性等多種因素的影響，采取傳統(tǒng)測量手段難以完成礦山數(shù)據(jù)的全面采集。與此同時，測量工作開展需要耗費較長周期，數(shù)據(jù)資料保存和處理誤差較大，造成測繪工作效率不高，測繪結(jié)果精度低，在礦山大比例尺地形圖繪制等方面無法達(dá)到理想效果。應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行礦山測量，能夠憑借傾斜攝影的功能性和適用性，突破常規(guī)攝影的局限性。通過無人機(jī)的智能操作，可以快速完成礦山全景勘查，然后從多個角度與進(jìn)行資料的收集，得到成果影像，完成礦山物細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)的量繪。經(jīng)過批量提取和貼紋理處理，能夠提高測繪效率，使礦山三維建模成本得到降低，保證各點位擁有空間坐標(biāo)，能夠使礦山地形地貌特征及細(xì)節(jié)得到直觀展示。

3 無人機(jī)傾斜攝影測量在礦山測繪中的實際運用

3.1 測區(qū)概況

某礦山屬于露天礦，采用高臺階開采，擁有較高邊坡，數(shù)十米不等，走向長在幾百米到幾公里之間，擁有復(fù)雜地形變化，難以采用常規(guī)方法開展礦山測繪作業(yè)。出于對測繪人員人身安全問題的考慮，同時為保證坡度較大區(qū)域的測繪數(shù)據(jù)能夠正常采集，計劃采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行礦山測量，實現(xiàn)礦區(qū)大比例尺測繪，滿足礦區(qū)規(guī)劃設(shè)計要求。

3.2 飛行方案制定

結(jié)合技術(shù)實際運用要求，需要根據(jù)測區(qū)情況和工程精度完成無人機(jī)飛行方案的科學(xué)制定。具體來講，就是要根據(jù)測區(qū)面積和地形復(fù)雜程度完成攝區(qū)劃分，然后進(jìn)行航線、航高、航向重疊等飛行參數(shù)設(shè)定，完成像控點合理布設(shè)。結(jié)合規(guī)范要求，需要對基準(zhǔn)面高程進(jìn)行確認(rèn)。按照公式H=f×GSD/a，可以完成測繪精度條件下的航高H計算。式中，f指的是攝影鏡頭焦距，GSD指的是影像地面分辨率，數(shù)值較小說明精度較高，a則為像元尺寸大小，焦距與像元遲遲均由攝像機(jī)規(guī)格決定[2]。選取的航攝系統(tǒng)為HM2200，攝影機(jī)為南方測繪傾斜數(shù)字航空攝像機(jī)，需要完成配套衛(wèi)星定位系統(tǒng)等系統(tǒng)的配置，以確定各項飛行參數(shù)大小。根據(jù)飛行時間，可以對航線長度方向等參數(shù)進(jìn)行模擬。采用航線規(guī)劃軟件，能夠完成航線模擬，綜合考慮航線與航高比、攝區(qū)長寬比進(jìn)行航線布設(shè)。由于攝區(qū)面積較大，需要劃分成多個小區(qū)域，分航次完成數(shù)據(jù)采集，像控點的架設(shè)需保證測區(qū)在控制區(qū)內(nèi)，通過適當(dāng)加密保證數(shù)據(jù)采集精度。

3.3 測量數(shù)據(jù)采集

在測量數(shù)據(jù)采集上，還要使無人機(jī)按照飛行方案完成測區(qū)影像數(shù)據(jù)采集。

測區(qū)面積7km2，共用8個架次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，單個批次應(yīng)按航向重疊80%，旁向重疊60%。而攝影相對航高200m，基線長2000m，能夠在定焦模式下開展測量工作。為獲得礦區(qū)三維實景模型，得到分辨率為1:1000的正攝影像圖，需實施3d外業(yè)采集。在完成測區(qū)像片數(shù)據(jù)采集后，需要利用像控點測量方式進(jìn)行點位信息獲取，用于后期運算，確保模型擁有實際地理坐標(biāo)。根據(jù)像控點布設(shè)準(zhǔn)則，需要完成14個像控點布設(shè)，采用GDCORS-RTK進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，提高測點精度。按照圖根點測量要求，點位誤差應(yīng)達(dá)到±0.03m標(biāo)準(zhǔn)，高程中誤差為±0.05m。針對各像控點，需要完成兩次獨立觀測，并取平均值作為測量成果坐標(biāo)，最終獲得了14個圖根點。針對RTK圖根點，需要完成精度檢測。從結(jié)果來看，實測精度可以達(dá)到預(yù)設(shè)精度指標(biāo)，點位中誤差和高程中誤差分別為±0.01m和±0.03m。

3.4 測繪數(shù)據(jù)處理

針對得到的數(shù)據(jù)，需要采用Context Capture軟件進(jìn)行處理，利用多視圖多維重建技術(shù)完成任意照片處理。應(yīng)用軟件，可以導(dǎo)入具有一定重疊率的數(shù)碼影像，然后自動生成高質(zhì)量正射影像，并完成高分辨真彩色三維建模，得到的模型能夠達(dá)到毫米級精度。完成像片導(dǎo)入后，需要利用網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)對數(shù)據(jù)處理時間進(jìn)行縮短。具體來講，就是要在多臺計算機(jī)上進(jìn)行多個引擎運行，然后在一個作業(yè)隊列中關(guān)聯(lián)，快速運算得到實景模型。實際在礦山測繪中，共完成11341張航片采集，將照片與pos數(shù)據(jù)一同導(dǎo)入，可以根據(jù)照片自帶位置信息和參數(shù)信息進(jìn)行分組排列。由軟件自動進(jìn)行空三加密，為航片添加3個以上地面像控點坐標(biāo)，可以使得到的模型坐標(biāo)系統(tǒng)與工程地理坐標(biāo)系保持一致。經(jīng)過運算，可以完成航片大量特征點自動提取，然后針對同名點進(jìn)行匹配，能夠完成圖片空間位置和姿態(tài)角計算，對圖片間的關(guān)系進(jìn)行確認(rèn)。由于采集的數(shù)據(jù)來自多個架次，可能出現(xiàn)空三加密點片層偏移變形等問題，還要將解算出的航片位置和姿態(tài)信息記錄下來，新建任務(wù)塊進(jìn)行航片加載，輸入分開運算得到的位置和姿態(tài)信息進(jìn)行融合，最終反算得到地面地形加密點數(shù)據(jù)。得到不規(guī)則三角網(wǎng)TIN和無紋理信息的三維模型后，可以從航片中選取高像素紋理著色，輸出逼真的三維模型。

采用常規(guī)方法進(jìn)行精度檢驗，將未加入像片的像控點坐標(biāo)值當(dāng)成是真實數(shù)據(jù)，然后利用模型獲得監(jiān)測值，對二者差值進(jìn)行計算，可以得到測量數(shù)據(jù)高程中誤差為0.01m，平面坐標(biāo)中誤差為±0.08m，因此能夠滿足測量要求。

4 結(jié)論

綜上所述，無人機(jī)傾斜攝影測量具有較廣的數(shù)據(jù)采集范圍，并且測量精度較高，在礦山規(guī)劃、勘測等多項測繪工作中都能發(fā)揮作用。在實際應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行礦山測繪時，還應(yīng)結(jié)合礦區(qū)實際情況完成合理飛行方案的制定，做好像控點的布設(shè)，完成數(shù)據(jù)全面采集，保證數(shù)據(jù)處理效果，繼而使測量工作開展能夠滿足礦山測繪需求。