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

葉 萍

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊(duì)，安徽 黃山 245000）

礦產(chǎn)資源勘查以及資源開發(fā)與利用過程中大比例尺地形圖的應(yīng)用極為廣泛，不僅為探礦工程的準(zhǔn)確定位奠定基礎(chǔ)，更是資源儲(chǔ)量估算不可缺少的部分。此外，大比例尺地形圖含有詳細(xì)的地形要素和地理信息等，在現(xiàn)代化三維礦山建設(shè)中占據(jù)重要地位[1]。

傳統(tǒng)的地形測(cè)繪技術(shù)方法周期長、工作量大、成圖效率低，逐漸被現(xiàn)代化新型測(cè)繪技術(shù)取代，尤其是無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了礦山快速成圖、精度高、成本低的大比例尺地形圖測(cè)繪目的。

基于此，本文以某金屬礦山大比例尺地形測(cè)量為例，分析該技術(shù)在礦山地形成圖中的主要應(yīng)用流程及注意事項(xiàng)，為推動(dòng)該技術(shù)的快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是在無人機(jī)垂直攝影技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，解決了無人機(jī)垂直攝影技術(shù)只能獲得垂直方向航拍影像數(shù)據(jù)的弊端，攻克了多角度、多方位獲取測(cè)繪區(qū)域地面信息的技術(shù)難關(guān)。

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)早期階段主要應(yīng)用于建筑物外立面紋理信息的獲取上，在礦山地形測(cè)量、工程測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用較少。隨著動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)、圖像融合處理以及多元數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的快速發(fā)展，解決了傾斜攝影數(shù)據(jù)處理難的問題，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，如地形測(cè)量、工程測(cè)量等。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在應(yīng)用過程中主要包括地面控制測(cè)量、影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、空中三角加密處理以及地形圖成圖輸出等流程（圖1）。

圖1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用流程

2 傾斜攝影測(cè)量相關(guān)要求與影像采集

2.1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)要求

本次使用無人機(jī)型號(hào)為HO1300無人機(jī)，無人機(jī)中搭載南方測(cè)繪傾斜數(shù)字航空攝影相機(jī)，配置1臺(tái)垂直五棱鏡頭和4臺(tái)傾斜五棱鏡頭，配套安裝動(dòng)態(tài)GPS定位系統(tǒng)、飛行管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)無人機(jī)的飛行狀態(tài)要求較高，因此，在確定飛行計(jì)劃時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)[2]：①無人機(jī)飛行越平穩(wěn)，所獲得遙感影像質(zhì)量越高，因此一般選擇天氣狀況良好的氣候條件下進(jìn)行飛行航拍任務(wù)，根據(jù)測(cè)繪區(qū)域氣象資料顯示，選擇每年5月～7月天氣溫和少雨的時(shí)間最佳；②在氣候條件良好的情況下應(yīng)充分考慮每天的氣候變化，一般選擇上午10時(shí)至下午4時(shí)展開飛行任務(wù)；③航向重疊度和旁向重疊度，應(yīng)根據(jù)測(cè)繪區(qū)域地形地貌變化特征進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2 飛行參數(shù)以及影像預(yù)處理

礦山地形圖測(cè)量比例尺為1:1000，飛機(jī)型號(hào)為HO1300無人機(jī)，設(shè)計(jì)飛行速度為70km/h，航線敷設(shè)方法為東西向敷設(shè)；相對(duì)飛行行高分為兩部分，飛行子區(qū)塊1的行高為350m，行子區(qū)塊2的行高為300m；平均地面分辨率均為0.06m，設(shè)計(jì)航向和旁向重疊度均為75%。以上述基本參數(shù)展開飛行航拍任務(wù)，并及時(shí)檢查每天所獲影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，對(duì)不符合質(zhì)量要求的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行重新補(bǔ)測(cè)。在完成航拍任務(wù)后進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的預(yù)處理，將所獲傾斜影像反投影至建立的虛擬影像中，可有效的減少突出地面垂直物體的重影現(xiàn)象，提高影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

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

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山測(cè)繪實(shí)際應(yīng)用中，為提升數(shù)據(jù)精度與可靠性，往往要布設(shè)一定數(shù)量的地面控制點(diǎn)，通過將外業(yè)采集的航飛影像與地面控制點(diǎn)標(biāo)定，進(jìn)行空三加密處理，然后將生產(chǎn)的DOM（數(shù)字正射影像）與DEM（數(shù)字高程模型）進(jìn)行內(nèi)業(yè)制圖與外業(yè)調(diào)繪修正，基本流程如下。

3.1 地面控制測(cè)量

地面控制測(cè)量主要依賴于像片控制測(cè)量，是提高無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度的有效措施。像片控制測(cè)量中最重要的環(huán)節(jié)就是像控點(diǎn)的布設(shè)，像控點(diǎn)布設(shè)不合理，可顯著的降低影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

在后期數(shù)據(jù)處理過程中空中三角加密測(cè)量過程中，雖然像控點(diǎn)密度對(duì)空中三角加密測(cè)量有一定的影響，但空中三角加密測(cè)量質(zhì)量與完全依賴于像控點(diǎn)的布設(shè)密度，而與測(cè)繪區(qū)域的地形地貌變化幅度等關(guān)系較為密切。因此，為了提高無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作效率以及影像數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，一般在地形變化幅度小的區(qū)域（如平原地區(qū)等）可適當(dāng)?shù)慕档拖窨攸c(diǎn)布設(shè)密度，而在地形變化幅度較大的區(qū)域（高山峽谷地貌）可適當(dāng)增大像控點(diǎn)布設(shè)密度?？傮w上，像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①像控點(diǎn)一般布設(shè)在容易識(shí)別的地物地貌上，即所布設(shè)的像控點(diǎn)必須是唯一的，不存在爭(zhēng)議的，一般布設(shè)在地形變化較小的山頭、田角等部位；②位于測(cè)繪區(qū)域范圍以外的像控點(diǎn)的目的在于控制測(cè)量整個(gè)測(cè)繪區(qū)域；對(duì)于位于圖幅邊部的像控點(diǎn)一般布設(shè)在圖框輪廓線以外；③位于航線兩側(cè)的像控點(diǎn)，一般布設(shè)在左右偏離半徑小于半條基線長度的范圍內(nèi)；④植被發(fā)育的區(qū)域以及建筑物密布區(qū)域不易作為像控點(diǎn)的布設(shè)位置，上述部位因遮擋問題導(dǎo)致測(cè)量難度增高，甚至無法獲得準(zhǔn)確的地理位置；⑤像控點(diǎn)布設(shè)位置應(yīng)盡可能避開大面積水域或者大功率敷設(shè)區(qū)域；⑥像控點(diǎn)一般布設(shè)在交通條件好和便于保存的位置，以便于后期控制測(cè)量使用。

3.2 空中三角加密處理

一般來說礦山地形變化較大，植被發(fā)育差異明顯。因此，造成無人機(jī)傾斜攝影過程中所獲影像數(shù)據(jù)中不可避免的存在拍攝“漏洞”，即所獲影像數(shù)據(jù)中存在一定數(shù)量的“留白”，該部位的攝影質(zhì)量是無法達(dá)到1：1000大比例尺地形圖測(cè)量的基本要求。

此時(shí)，需要對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行空中三角加密處理，利用航拍過程中無人機(jī)搭載的定位系統(tǒng)自動(dòng)存儲(chǔ)的POS數(shù)據(jù)中包含的方位元素對(duì)遮擋區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以有效的密布因遮擋等造成影像數(shù)據(jù)中的“留白”問題，顯著的提高影像數(shù)據(jù)的精度[3]。在完成空中三角加密處理后，可以獲得測(cè)繪區(qū)域的加密校正成果等產(chǎn)品，可進(jìn)一步生成DOM、DEM、DSM等產(chǎn)品。

3.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集與修補(bǔ)測(cè)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前需要對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模處理，這是由于三維建模是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，能夠借助傾斜攝影測(cè)量自動(dòng)批量建模軟件對(duì)不同視角下的傾斜影像資料進(jìn)行幾何校正、平差處理以及多視角匹配處理等操作，進(jìn)而獲得能夠反映測(cè)繪區(qū)域整體地形地貌特征的可視化三維傾斜模型。

在上述操作的基礎(chǔ)上借助配套的軟件對(duì)測(cè)繪區(qū)域的地物地貌進(jìn)行提取，即數(shù)據(jù)采集過程中，主要包括：①地物要素的采集，主要以人工處理為主，包括建筑物輪廓、控制點(diǎn)信息、建筑物外側(cè)面邊線等信息，能夠顯著的提高最終數(shù)據(jù)處理精度；②地貌要素的三維信息采集，主要借助數(shù)據(jù)處理軟件自動(dòng)化處理，主要包括測(cè)繪區(qū)域1:1000大比例尺等高線以及相應(yīng)密度的高程注記點(diǎn)等信息的采集，后期經(jīng)過人工手動(dòng)整飾、取舍后可投入使用；③遮擋問題處理，對(duì)于遮擋嚴(yán)重的區(qū)域或者地形地貌有爭(zhēng)議的區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，使用其他輔助測(cè)量方法進(jìn)行補(bǔ)測(cè)、調(diào)繪等處理。

4 結(jié)語

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，雖然改善了垂直攝影測(cè)量只能獲取垂直方向影像數(shù)據(jù)的弊端，實(shí)現(xiàn)了多方位、多視角影像數(shù)據(jù)，但無可避免的出現(xiàn)測(cè)量“留白”，如植被茂密區(qū)域、立交橋下部以及建筑物遮擋區(qū)域等部位。因此，在數(shù)據(jù)采集過程中應(yīng)將上述部位標(biāo)注出來，及時(shí)展開外業(yè)補(bǔ)測(cè)工作，可有效的提高大比例尺地形圖測(cè)量精度。對(duì)補(bǔ)測(cè)及調(diào)繪后的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合整理，核查無誤后輸出，生成相應(yīng)比例尺的地形圖成果圖件。

綜上所述，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有精度高、成本低、成圖快的特點(diǎn)，逐漸在礦山大比例尺地形測(cè)量中的應(yīng)用越來越廣泛。經(jīng)過實(shí)際對(duì)比驗(yàn)證，采用無人機(jī)航測(cè)1:1000大比例尺圖精度與全站儀測(cè)量結(jié)果對(duì)比，所獲地形圖的平面誤差為5.2cm，高程注記點(diǎn)的誤差為4.8cm，誤差均在相應(yīng)比例尺地形圖誤差范圍內(nèi)，說明使用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量獲得的大比例尺地形圖精度可靠，有助于推動(dòng)數(shù)字礦山的建設(shè)步伐。