無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山治理中的應(yīng)用研究

唐紅文

（江蘇科信巖土工程勘察有限公司，江蘇 南京 210000）

在礦山開發(fā)與利用過(guò)程中，礦山治理一直是十分重要的、需要長(zhǎng)期堅(jiān)持的系統(tǒng)性工作，不僅關(guān)乎礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善，還對(duì)礦山區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生一定影響。而在礦山治理中，測(cè)量是為礦山治理的基礎(chǔ)工作，其測(cè)量效果直接影響礦山治理決策，對(duì)礦山治理效果的優(yōu)化起到了重要作用。但是長(zhǎng)期以來(lái)，礦山測(cè)量方法存在落后、效率低下等缺陷，使得礦山治理工作決策存在一定盲目性，不利于礦山治理效果優(yōu)化。因此，基于提高礦山治理效果角度考慮，本文以礦山治理為落腳點(diǎn)，分析無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的具體應(yīng)用具有一定的意義。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)基本信息概況

在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量過(guò)程中，航拍系統(tǒng)是獲取原始影像信息的重要設(shè)備之一，具體有無(wú)人機(jī)、傾斜相機(jī)等構(gòu)成，具體如下：

（1）無(wú)人機(jī)平臺(tái)。由于無(wú)人機(jī)研發(fā)方向的不同，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)性能標(biāo)準(zhǔn)也存在一定差異。在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行的有效控制，對(duì)無(wú)人機(jī)飛行標(biāo)準(zhǔn)提出安全性、實(shí)際升降機(jī)、有效載荷等方面的要求。首先，無(wú)人機(jī)最低載重量為2千克；二是多旋翼巡航速度應(yīng)超過(guò)6米/秒，固定翼無(wú)人機(jī)巡航速度應(yīng)超過(guò)10米/秒；三是電池動(dòng)力續(xù)航時(shí)間應(yīng)超過(guò)30分鐘，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力續(xù)航時(shí)間應(yīng)超過(guò)60分鐘，抗風(fēng)性能應(yīng)超過(guò)4級(jí)風(fēng)速，這樣才能為無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量提供支持[1]。

（2）傾斜相機(jī)的性能要求。在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量過(guò)程中，相機(jī)是不可控的，但是攝影照片可進(jìn)行控制。如第一次傾斜攝影像素應(yīng)盡可能地高一點(diǎn)，但要考慮設(shè)備成本，且單個(gè)鏡頭像素不得低于2000萬(wàn)，單次曝光像素不低于1億。同時(shí)，工作時(shí)長(zhǎng)應(yīng)控制在一個(gè)半小時(shí)以上，不僅如此，傾斜相機(jī)應(yīng)具備定點(diǎn)曝光功能，確保影像重疊符合具體要求[2]。

（3）傾斜攝影測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)。一是傾斜攝影影像數(shù)據(jù)的三維性，傾斜攝影可以從多角度進(jìn)行拍攝，從而獲取多角度、全方位的影像數(shù)據(jù)，進(jìn)而完整地呈現(xiàn)出地物地貌的顏色、位置等具體屬性，并且可將地物的具體狀況進(jìn)行反饋。二是傾斜攝影影像數(shù)據(jù)的高效率性特征，通過(guò)無(wú)人機(jī)等飛行載體實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的全面收集，由于無(wú)人機(jī)具備操作簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，可快速完成數(shù)據(jù)收集工作，并且無(wú)人機(jī)可在較大范圍內(nèi)完成紋理數(shù)據(jù)的獲取工作，從而有利于三維建模工作效率的提升，繼而節(jié)約三維建模成本[3]。三是傾斜攝影數(shù)據(jù)的高價(jià)值性。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中，可從多角度、全方位獲取圖像數(shù)據(jù)，并且其中包含了被測(cè)區(qū)域的地理空間信息，同時(shí)可采取多種形式來(lái)輸出數(shù)據(jù)成果，使傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域中具有一定實(shí)用性，這也直接提高了傾斜攝影數(shù)據(jù)的價(jià)值[4]。

2 礦山治理中無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的有效應(yīng)用分析

2.1 測(cè)區(qū)概況

本案例選擇某地區(qū)的露天采石場(chǎng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該地區(qū)地形條件復(fù)雜，且測(cè)量區(qū)域的交通條件相對(duì)惡劣，僅有一條公路可順利到達(dá)測(cè)量地區(qū)。該測(cè)量地區(qū)橫向?qū)挾葹?00m，縱向長(zhǎng)度為500m。

2.2 目標(biāo)確認(rèn)和空域申請(qǐng)

在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作開始前，應(yīng)做好一系列的準(zhǔn)備工作，具體包括測(cè)量目標(biāo)確定、飛行空域申請(qǐng)等。飛行計(jì)劃內(nèi)容具體包括以下內(nèi)容：一是測(cè)量區(qū)域概況，測(cè)量區(qū)域的具體位置、地理環(huán)境及測(cè)區(qū)范圍內(nèi)示范田等；二是確定攝影比例尺和具體的航線高度；三是考慮工作便捷和安全等要求，合理選擇無(wú)人機(jī)起降位置；四是基于數(shù)據(jù)精度等要求，合理選擇分辨率相符合的攝影相機(jī)，五是綜合考慮各項(xiàng)因素，如天氣、工作要求等，確定最佳的拍攝日期[5]。另外，考慮空域資源利用和無(wú)人機(jī)飛行安全等要求，要求按照現(xiàn)行規(guī)定向相關(guān)管理部門申請(qǐng)空域飛行許可。倘若沒(méi)有取得飛行許可，在低空飛行之前需結(jié)合實(shí)際，再次對(duì)飛行計(jì)劃進(jìn)行完善和制定，并在飛行計(jì)劃中詳細(xì)體現(xiàn)飛行時(shí)間、飛行范圍等，待各項(xiàng)準(zhǔn)備工作妥善后，向空域管理部門提出飛行空域申請(qǐng)。如下圖1所示為無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山治理中的應(yīng)用流程圖，需在目標(biāo)確認(rèn)和空域申請(qǐng)工作結(jié)束后，嚴(yán)格按照以下工作流程執(zhí)行作業(yè)，從而確保無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作效率及質(zhì)量的提高。

圖1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山治理中的應(yīng)用流程圖

2.3 航線技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

無(wú)人機(jī)在航測(cè)期間應(yīng)在預(yù)定軌道飛行，確保航拍作業(yè)的有效性和無(wú)人機(jī)飛行的安全性。在航線技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)中，主要牽涉的參數(shù)包括飛行高度、飛行路線、像素覆蓋設(shè)置等。關(guān)于測(cè)圖比例尺對(duì)應(yīng)地面分辨率的情況，具體如下：測(cè)圖比例尺為1:500，對(duì)應(yīng)地面分辨率為不大于5cm；測(cè)圖比例尺為1:1000，對(duì)應(yīng)地面分辨率在8cm到10cm之間；測(cè)圖比例尺為1:2000，對(duì)應(yīng)地面分辨率在15cm到20cm之間。

在地面各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，地面應(yīng)在排除天氣條件影響的基礎(chǔ)上，選擇裝載航拍相機(jī)的低空無(wú)人機(jī)執(zhí)行具體的拍攝任務(wù)。同時(shí)，地面工作人員需對(duì)傳輸獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)核對(duì)，針對(duì)重疊不足、重點(diǎn)區(qū)域等需要做好補(bǔ)拍操作，避免影像數(shù)據(jù)不完整而影響工作質(zhì)量。待各項(xiàng)工作完成后，應(yīng)及時(shí)妥善做好無(wú)人機(jī)的回收作業(yè)。

2.4 點(diǎn)布設(shè)情況檢查

在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作中，點(diǎn)布設(shè)是一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工作，且直接影響無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的工作質(zhì)量。因此，在點(diǎn)布設(shè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)定進(jìn)行作業(yè)。根據(jù)低空攝影成圖精度要求，像控點(diǎn)布設(shè)過(guò)程應(yīng)遵循以下原則：一是在復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)在無(wú)人機(jī)航拍作業(yè)開始前，在地面合適的位置上安裝相對(duì)清晰的標(biāo)志，主要充當(dāng)控制點(diǎn)。二是像片控制點(diǎn)按照航線設(shè)計(jì)，在整個(gè)測(cè)量區(qū)域內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一布設(shè)。在此過(guò)程中，需要密切注意的一點(diǎn)就是控制點(diǎn)應(yīng)在同一位置的平面點(diǎn)和高程點(diǎn)上。三是像控點(diǎn)布設(shè)位置往往放置在航線重疊部分，若航線重疊度過(guò)小，或沒(méi)有重疊，則要按照具體規(guī)定在此區(qū)域內(nèi)規(guī)范布設(shè)像控點(diǎn)。四是在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作過(guò)程中，往往會(huì)受到光線、風(fēng)等因素的影響，容易導(dǎo)致影像邊緣與實(shí)際出現(xiàn)偏差，從而出現(xiàn)變形現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致相對(duì)投影誤差偏大，對(duì)后期圖像準(zhǔn)確穿刺造成不利影響。因此，控制點(diǎn)布設(shè)往往選擇在重疊點(diǎn)附近的中線小于3cm的位置，若距離超過(guò)3cm，為確?？刂泣c(diǎn)布設(shè)的合理性，應(yīng)考慮單獨(dú)布設(shè)像控點(diǎn)。五是為滿足無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作要求，在像控點(diǎn)布設(shè)過(guò)程中，應(yīng)以現(xiàn)行規(guī)定為基礎(chǔ)進(jìn)行布設(shè)，確保控制點(diǎn)布設(shè)應(yīng)盡可能地放置在標(biāo)準(zhǔn)位置上。

此次檢查點(diǎn)由像控點(diǎn)中選擇6個(gè)作為檢查點(diǎn)，并應(yīng)用海大V30 RTK工具，利用GPS RTK測(cè)量方法對(duì)檢查點(diǎn)的大地坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，可準(zhǔn)確獲取露天礦山規(guī)劃治理數(shù)據(jù)，并在Smar3D、Artmap等軟件應(yīng)用支持下，得出礦山開采范圍、開采面積等具體信息，為礦山治理工作決策提供完整且可靠數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在礦山治理中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)已得到推廣應(yīng)用，并直接提高了測(cè)繪行業(yè)的作業(yè)效率，對(duì)提高礦山治理質(zhì)量和效率均產(chǎn)生顯著效用。因此，相信未來(lái)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)會(huì)在相關(guān)領(lǐng)域中得到更加廣泛的應(yīng)用，服務(wù)于國(guó)家的建設(shè)。