無人機傾斜攝影測量在礦山及鄰區(qū)地災中的應用

馬 許

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

無人機航空測量技術是現(xiàn)代化測繪技術的重要組成部分，在礦山及鄰區(qū)地質(zhì)災害調(diào)查等領域具有廣闊的應用前景。與其他無人機測量技術相比，傾斜攝影測量技術具有以下幾個方面的優(yōu)點：①逐步實現(xiàn)了多角度拍攝的技術難點，低空飛行是現(xiàn)代化無人機測繪技術的優(yōu)勢，而多角度拍攝能夠獲得更加全面的地物紋理，提高了攝影精度；②高的旁向和航向重疊度，使得航空拍攝在很大程度上反映了測量區(qū)域的整體面貌，提高了航拍質(zhì)量；③自動化程度高，攝影影像、POS數(shù)據(jù)獲取等均為自動化完成，人為干預少，自動化程度高；④綜合成本低，該技術獲得的數(shù)據(jù)不僅包含傳統(tǒng)的二維地形信息，還可實現(xiàn)礦區(qū)及鄰區(qū)三維模型建模數(shù)據(jù)信息，對推動智能化礦山有積極作用[1]。

1 無人機航測與礦山地質(zhì)災害調(diào)查

（1）無人機測繪。無人機測量是集動態(tài)定位技術、圖像融合處理技術和無人機技術為一體的現(xiàn)代化測量技術，具有高效、機動靈活、成本低的優(yōu)勢，是利用無人機平臺搭載減震系統(tǒng)、相機鏡頭等一系列配套設施實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取，進而獲得三維實景模型等的過程，逐步實現(xiàn)了全方位、立體化模擬地物的目的，無人機測量技術發(fā)展迅速[2]。

（2）礦山地質(zhì)災害調(diào)查。礦山及鄰區(qū)地質(zhì)災害問題是限制礦山企業(yè)正常運轉(zhuǎn)的基礎，也是限制礦山企業(yè)經(jīng)濟效益的關鍵環(huán)節(jié)。礦山及鄰區(qū)地質(zhì)災害與傳統(tǒng)的地質(zhì)災害基本一致，包括滑坡、崩塌、泥石流等，只是礦山及鄰區(qū)地質(zhì)災害中塌陷問題更加嚴重[3]。因此，加強礦山及鄰區(qū)地質(zhì)災害調(diào)查有助于提高礦山企業(yè)對資源的開發(fā)與利用效率，傳統(tǒng)的調(diào)查方式一般采用代表性剖面研究為主，具有很強的片面性。而無人機測量技術能夠獲取較大范圍內(nèi)的影像資料，進而確定更具針對性的剖面調(diào)查，使得礦山及鄰區(qū)地質(zhì)災害發(fā)生率顯著降低。

2 實際案例

本文研究區(qū)域位置處于貴州省清鎮(zhèn)市暗流鄉(xiāng)陽山村附近，以礦山為中心，周圍鄰區(qū)均納入地質(zhì)災害調(diào)查范圍。暗流鄉(xiāng)地處清鎮(zhèn)市最北端，距清鎮(zhèn)市中心40公里，距省會城市貴陽60公里。東南接衛(wèi)城鎮(zhèn)，西北連王莊布依族苗族鄉(xiāng)、新店鎮(zhèn)，西以鴨池河為界與黔西縣隔河相望，東北以貓?zhí)优c修文縣相隔[4]。

設備與參數(shù)：本次礦山及鄰區(qū)地質(zhì)災害測量采用大疆精靈4Pro無人機執(zhí)行航飛任務，Phantom 4 Pro v2.0相機配備2000萬像素。參數(shù)設置為：航向設置為80、旁向設置為70，由于高差相對較小所需飛行高度定為80m使用的傾斜攝影，共航飛5個架次，用時1小時共獲取影像超400片。

3 外業(yè)控制

本次外業(yè)控制測量使用平面坐標為國家2000坐標系統(tǒng)，高程采用1985國家高程基準，采用高斯3度帶正形投影。航測外控作業(yè)主要利用，中海達RTK連接CORS站進行外業(yè)點采集，進行控制測量[5]。共布攝像控點6個，均采用地物特征點作為像控點。例如房角、路角，相對明顯地物，（如在有條件測區(qū)內(nèi)可采用斑馬線，停車線）外業(yè)控制成果精度較好。

（表1）為像控坐標控制點，（圖1）為像控點分布略圖。

表1 測繪區(qū)域像控坐標控制點

4 空三數(shù)據(jù)處理

當外業(yè)采集完數(shù)據(jù)后將相片以及控制導入ContextCapture Center Master中進行空中三角網(wǎng)計算?？罩腥菧y量是攝影測量工作中的一個重要過程，空中三角測量是利用航攝像片與所攝目標之間的幾何關系，根據(jù)少量像片控制點，計算待求點的平面位置、高程和相片外方位元素的測量方法。在第一次空三計算成功后，刺入事先采集好的像控點，保證每個控制點不同角度刺點不少于4張，這樣測能良好的保證模型精度。然后再次進行空三計算，計算完后檢查沒張照片上刺點是否通過，該步驟也就是糾正獨立坐標到自己需要的坐標上。

圖1 測繪區(qū)域像控點分布圖

計算成功后繼續(xù)提交新任務分割好瓦片，瓦片運算所占內(nèi)存不能大于計算機內(nèi)存的三分之二，否則就會導致死機。調(diào)整好后就可以生產(chǎn)我們所需要格式的模型文件，在這項目里我們只需要生成OSGB合適的模型文件。查看模型坐標是否正確，確定坐標正確無誤后，運行EPS三維成圖軟件導入OSGB數(shù)據(jù)中的data.dsm文件加載模型進行提取高程數(shù)據(jù)以及所需的地形要素從而得出數(shù)字線劃圖。該項目從外業(yè)至提交最終成果用時不到2天，技術人員1名，由此可以看出利用無人機建模對礦山及鄰區(qū)地質(zhì)災害測量的效率是有很明顯的提高。

5 結論

無人機航空攝影測量是近幾年的新興技術，在各個測繪領域具有廣闊的應用前景。對于小型項目基本上一人就能完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集任務。無人機傾斜攝影測量技術在礦山及鄰區(qū)地質(zhì)災害方面優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①機動性強，無人機傾斜攝影測量技術具有較高的機動性，能夠滿足不同工作比例尺攝影測量數(shù)據(jù)的采集工作，顯著的降低了制作三維礦山模型的成本，具有較低的成本；②智能化、自動化程度高，無人機測量技術具有較高的智能化和自動化，在數(shù)據(jù)獲取過程中均為自動化過程中，人為干預少，提高了攝影精度；③生產(chǎn)效率高，該技術實現(xiàn)了自動化貼圖難關，成熟的圖像融合技術使得獲得最終的地面信息畸變量較小，且獲取最終成果的速度較快；④能夠反映出測繪區(qū)域的整體狀況，在地形地貌較差的區(qū)域也能叫準確的反映出來，避免了測量人員無法到達的缺陷。