無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

張凱幸，肖磊蕊

（1.江西省煤田地質(zhì)局測(cè)繪大隊(duì)，江西 南昌 330000；2.江西弘毅測(cè)繪有限公司，江西 吉安 343000）

自我國(guó)北斗系統(tǒng)通入更多民用領(lǐng)域以來(lái)，推動(dòng)了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，如無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量等技術(shù)。與傳統(tǒng)的測(cè)繪方法相比，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多角度獲取測(cè)繪區(qū)域航空影像、測(cè)量周期短、精度高的優(yōu)勢(shì)，在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用前景極為廣闊[1]。基于此，本文以無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)為研究對(duì)象，分析該技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用效果，為推動(dòng)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)概況及優(yōu)勢(shì)

（1）無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)基本原理。無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)包括傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和垂直航空攝影測(cè)量技術(shù)，前者有效的彌補(bǔ)了垂直攝影測(cè)量技術(shù)無(wú)法獲取測(cè)繪區(qū)域側(cè)面信息的缺陷，實(shí)現(xiàn)了多角度獲取地面地物信息的目的，即無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地物三維信息的獲取，這為礦山測(cè)量由二維向三維發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是以無(wú)人機(jī)平臺(tái)為基礎(chǔ)，搭載多臺(tái)無(wú)棱鏡對(duì)測(cè)繪區(qū)域以不同角度進(jìn)行航空拍攝[2]。無(wú)棱鏡鏡頭角度要根據(jù)不同測(cè)繪區(qū)域地形地貌變化特征、無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)行高等調(diào)整曝光周期等。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用流程見(jiàn)圖1。

圖1 傾斜攝影測(cè)量在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用流程圖

（2）無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在：①傾斜攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多方位、多角度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)拍攝的技術(shù)目的，實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪區(qū)域三維地形信息等的獲取，為三維礦山建設(shè)奠定了基礎(chǔ)；②航空影像數(shù)據(jù)分辨率高，傾斜測(cè)量采用多個(gè)五棱鏡頭，實(shí)現(xiàn)了全方位、多角度的航空影像，分辨率更高；③傾斜攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多角度、多方位拍攝目的，有效的避免了高大建筑物、樹(shù)木等遮擋，使得航空影像減少了測(cè)量“空白區(qū)”。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

（1）原始數(shù)據(jù)的采集。本文以礦山測(cè)繪中的地形圖測(cè)量工作為例，分析該技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用效果。礦山地形圖測(cè)繪的原始數(shù)據(jù)包括測(cè)繪區(qū)域的影像數(shù)據(jù)、地面相控?cái)?shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)等。測(cè)繪所使用的無(wú)人機(jī)為HO1300無(wú)人機(jī)，攝像機(jī)采用南方測(cè)繪生產(chǎn)的數(shù)字航空攝影相機(jī)，搭載輔助系統(tǒng)等，其中攝影相機(jī)從垂直以及4個(gè)傾斜角度對(duì)礦山區(qū)域進(jìn)行拍攝。根據(jù)礦山地形地貌以及區(qū)域氣候狀況，拍攝時(shí)間為6月初，本次設(shè)計(jì)飛行高度為300m，航向重疊度為75%，旁向重疊度設(shè)置為65%，設(shè)置地面像控點(diǎn)密度為每平方米布設(shè)像控點(diǎn)3個(gè)。

（2）空中三角加密測(cè)量。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量通過(guò)其他攝影相機(jī)獲得了不同角度和方位的影像數(shù)據(jù)，與垂直攝影技術(shù)所獲影像數(shù)據(jù)相比，前者的地物信息更加全面，但是多角度、多方位影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)的計(jì)算帶來(lái)了困難，也意味著傾斜攝影測(cè)量所獲影像數(shù)據(jù)在計(jì)算過(guò)程中不僅需要考慮垂直方向上的計(jì)算，還需進(jìn)行多視角、多方位方向上的計(jì)算問(wèn)題，而傳統(tǒng)的計(jì)算方式無(wú)法同時(shí)滿足上述兩種情況的計(jì)算需求。此時(shí)，需要將航拍過(guò)程中自動(dòng)存儲(chǔ)的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，生產(chǎn)出多視角聯(lián)合空中三角加密測(cè)量，對(duì)影像資料進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而為生產(chǎn)礦山地形圖奠定基礎(chǔ)。

（3）匹配生成密集點(diǎn)云。在對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行多視角聯(lián)合空中三角加密測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步生產(chǎn)出測(cè)繪區(qū)域密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取、合并、優(yōu)化等處理，經(jīng)過(guò)POS數(shù)據(jù)所包含的外方位元素，以特征匹配等方式生產(chǎn)出高密度的DSM數(shù)據(jù)等，為建設(shè)礦山三維地形奠定基礎(chǔ)。

（4）大比例尺地形圖生成。在完成上述數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，為建設(shè)礦山三維地形圖奠定了基礎(chǔ)。其中，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的匹配一般采用單模型點(diǎn)云提取模式進(jìn)行，將礦山測(cè)繪區(qū)域分割成不同規(guī)模的子區(qū)塊，進(jìn)行地形信息的提取等處理。此外，使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)顯著的提高了數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化程度，具有效率高的優(yōu)勢(shì)，以數(shù)據(jù)處理軟件平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)自動(dòng)化處理生成相應(yīng)比例尺的地形圖，手動(dòng)采集其他地形信息。所獲的地形圖需及時(shí)檢查，對(duì)地形圖中有缺陷或者錯(cuò)誤的區(qū)域進(jìn)行檢核糾正，直至地形圖所表達(dá)信息無(wú)誤為止。

（5）無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度分析。本文以某礦山地形測(cè)量為例，選擇了能夠代表所有測(cè)繪區(qū)域的約2km2范圍的地形圖，采用不同區(qū)塊隨機(jī)抽樣的方式抽取了10個(gè)外業(yè)測(cè)量點(diǎn)，對(duì)本次地形圖的平面誤差和高程誤差進(jìn)行了精度分析，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可以得出，使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測(cè)量中，平面X測(cè)量精度為4.01 mm，平面Y測(cè)量精度為3.84 mm，高程Z的測(cè)量精度為3.93 mm，反映出該技術(shù)在礦山測(cè)繪中具有良好的應(yīng)用效果。

表1 研究區(qū)三維實(shí)景建模精度分析統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不僅能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得大比例尺地形圖，而且測(cè)繪精度更高，測(cè)繪成本明顯降低。通過(guò)實(shí)踐表明，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可獲得平面X測(cè)量精度為4.01 mm，平面Y測(cè)量精度為3.84 mm，高程Z的測(cè)量精度為3.93 mm，反映出該技術(shù)在礦山測(cè)繪中具有良好的應(yīng)用效果。