無人機傾斜攝影測量在礦山測繪中的實踐分析

魏曉琴

（廣州卓信致地規(guī)劃咨詢有限公司，廣東廣州510000）

礦山測繪能夠為礦山建設(shè)、資源開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持，確保礦山開采效率和效益，推進礦山建設(shè)。傳統(tǒng)礦山測繪技術(shù)的測繪時間比較長，且測繪效率比較低，無法滿足快速成圖要求。在定位技術(shù)、無人機技術(shù)和通訊技術(shù)快速發(fā)展過程中，礦山測繪中開始應(yīng)用傾斜攝影測量技術(shù)，技術(shù)應(yīng)用效果顯著。

1 無人機傾斜攝影技術(shù)

無人機傾斜攝影技術(shù)是通過無人機平臺搭載多個航攝相機，根據(jù)預(yù)設(shè)線路采集測區(qū)的影像，以同時實現(xiàn)多個角度拍攝，準確反映出地面物體情況，高精度獲取物理紋理信息。聯(lián)合建模技術(shù)、融合技術(shù)和定位技術(shù)，可以自動化生成三維模型。根據(jù)技術(shù)應(yīng)用流程，采用POS 信息、航片與傳感器參數(shù)，采集運行影像數(shù)據(jù)，控制測量相片。注重處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)，加大控制點影像關(guān)聯(lián)度，采用空三運算方式輸出結(jié)果，以此建立DEM 模型和三維實景模型。所以在礦山測量中應(yīng)用無人機傾斜攝影技術(shù)，可以提高測繪結(jié)果的精準度。

傾斜攝影三維自動建模軟件屬于自動化建模軟件，能夠通過多源序列影像生成高分辨率三維模型。建模軟件通過全自動空三解算，建立不規(guī)則三角網(wǎng)絡(luò)，自動化紋理映射，快速建立三維模型。該建模軟件通過傾斜攝影能夠在垂直影像上獲取結(jié)構(gòu)信息，并且基于單張影像測量原理獲取建筑立面結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整、提拉和編輯等操作獲取精細單體化模型。通過傾斜攝影紋理采集特點，能夠從影像中采集模型貼圖，自動化生成模型貼圖。

2 無人機傾斜攝影技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 監(jiān)測效率高

無人機傾斜攝影技術(shù)監(jiān)測效率高，因此被廣泛應(yīng)用于礦山測繪中。礦山測繪涉及范圍廣，且測繪數(shù)據(jù)非常多。當(dāng)監(jiān)測效率低下時，就會影響礦山測繪水平，還會影響突發(fā)性事件的處理效率。從上述分析能夠看出，礦山測繪對于監(jiān)測效率的要求比較高。相比于其他測繪技術(shù)來說，無人機傾斜攝影技術(shù)結(jié)合數(shù)碼傳感器、全球定位技術(shù)、飛行器技術(shù)，可以提升礦山測繪效率。

2.2 靈活性高

相比于航拍飛機來說，無人機的體型輕巧，運行速度快。在運行期間無需駕駛員，能夠減輕機體重量，提升運行與操控靈活性。通過應(yīng)用無人機傾斜攝影技術(shù)，可以監(jiān)測礦山不同區(qū)域的環(huán)境信息，保證良好監(jiān)測狀態(tài)，提升礦山測繪的準確度。

2.3 數(shù)據(jù)分辨率高

無人機傾斜攝影技術(shù)組成包括數(shù)碼傳感器、飛行器、數(shù)據(jù)定位處理系統(tǒng)等，通過各設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)化組合，可以明顯提升無人機傾斜攝影技術(shù)分辨率。通常來說，相比于衛(wèi)星影像分辨率，無人機傾斜攝影技術(shù)可以超過3倍，并且可以實現(xiàn)0.1m的精確度。

3 無人機傾斜攝影技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用實踐

3.1 項目概況與設(shè)備參數(shù)

此次研究以某礦山作為測繪對象，礦山的地理條件復(fù)雜，且區(qū)域危險性比較高，地質(zhì)環(huán)境的差異比較大。測繪面積為19×104m2，劃分為10 個測繪區(qū)。四旋翼飛行平臺能夠確保飛行穩(wěn)定性和性能。荷載重量為3kg，續(xù)航時間為1.3h，飛行高度為400m，地面站控制半徑超過8km。專業(yè)傾斜攝影相機，該無人機所應(yīng)用的攝像機分辨率高，且覆蓋范圍廣。攝影相機總像素大于1億，重量1.68kg，分辨率為0.01～0.1m，記憶卡存儲在應(yīng)用無人機傾斜攝影技術(shù)時，必須滿足環(huán)境氣候條件，選擇在晴朗無風(fēng)天氣下飛行。

3.2 影像獲取與預(yù)處理

在開始航攝之前，必須設(shè)定基本航向。明確測繪無人機現(xiàn)狀的同時，全面分析無人機性能、參數(shù)與飛行時間等，以此開展外業(yè)傾斜攝影。在航空攝影期間，能夠獲得不同傾斜角度影像資料，同時可以實現(xiàn)影像自動化拍攝，獲得傾斜影像資料。完成區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)采集后，對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。選擇適宜的拍攝影像，將影像反射到虛擬影像中，以此減少地面豎直物體的重影問題。

3.3 像片控制測量

像片控制測量有助于提升測繪結(jié)果的精度，在布設(shè)控制點時，應(yīng)當(dāng)參考標(biāo)準要求設(shè)置。此次測繪選擇航向重疊度為65%，旁向重疊度為60%。在布設(shè)像控點時，應(yīng)當(dāng)關(guān)注到以下問題：第一，根據(jù)測繪區(qū)域的地形地貌，劃分不同的測繪區(qū)域。測繪區(qū)域外的像控點，多設(shè)置在輪廓線以外，位于航向基線數(shù)量在1條以上，旁向超過100m位置；第二，在選擇像控點時，應(yīng)當(dāng)聯(lián)合測繪區(qū)域的地形地貌，選擇易識別、無爭議的區(qū)域，例如明顯的地物標(biāo)志；第三，在山頭選擇像控點時，可以在地形起伏小的區(qū)域，以此確保測量結(jié)果的精度。在布設(shè)像片控制點時，應(yīng)當(dāng)選擇高程變化小的區(qū)域，以此提升傾斜攝影測量精度；第四，針對制備發(fā)育區(qū)域，存在高大構(gòu)筑物的區(qū)域，則會加大像控點布設(shè)難度。在開展業(yè)內(nèi)測量時，會出現(xiàn)測量遮擋視線問題，從而降低測量精度；第五，當(dāng)測繪區(qū)域內(nèi)存在大面積水域時，會加大像控點布設(shè)難度；第六，在布設(shè)像控點時，應(yīng)當(dāng)全面分析測繪區(qū)域的交通條件，選擇交通條件良好，便于存儲的區(qū)域。

3.4 空中三角加密處理

在礦山測繪工作中，極易受到外部環(huán)境干擾，例如建筑物和植被等，致使無人機傾斜攝影期間，地面控制點測量無法滿足實際需求，小區(qū)域測繪存在盲區(qū)等問題，從而導(dǎo)致測繪結(jié)果不滿足標(biāo)準要求。為了處理以上問題，應(yīng)當(dāng)做好空中三角加密處理與校正，以此彌補測繪精度不足問題。對于空中三角加密處理來說，主要是建立影像外方位元素，以此確保預(yù)算準確性，聯(lián)合相關(guān)軟件消除干擾因素，全面提升測量精度，以此改善地形條件比較差的區(qū)域。

3.5 三維建模與數(shù)據(jù)采集

在建立三維數(shù)據(jù)模型時，需要通過多角度傾斜影像的校正操作、聯(lián)合平差操作、多視匹配操作等，以此獲得三維傾斜模型。完成三維數(shù)據(jù)模型建立后，可以通過數(shù)據(jù)處理軟件獲得區(qū)域內(nèi)的地貌和地物數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集所涉及的內(nèi)容如下：第一，采集地物要素。該采集工作由手動完成，例如拍攝影像像控點、建筑物等有效控制測量精度；第二，自動化提取地貌要素三維信息，涉及到高程標(biāo)注點、等高線采集等，再由人工通過現(xiàn)代化處理軟件平臺整合處理；第三，在處理地物遮擋問題時，對像片內(nèi)的遮擋區(qū)域，進行補充測量，確保整體測量數(shù)據(jù)準確可靠全面提升測量精度與準確度。

3.6 外業(yè)調(diào)繪及補測

通過上文分析可知，在航空拍攝操作中，無人機傾斜攝影技術(shù)會出現(xiàn)拍攝盲區(qū)。在建筑物遮擋與植被茂盛區(qū)域無法獲得影像。所以在內(nèi)業(yè)處理期間，必須準確標(biāo)注上述區(qū)域，開展外業(yè)調(diào)繪和補測。

3.7 測繪數(shù)據(jù)處理

完成礦山測繪外業(yè)后，通過多視圖多維重建技術(shù)處理任意像片。將數(shù)碼影像導(dǎo)入到軟件內(nèi)，自動化生成高質(zhì)量正射影像，建立高分辨率三維模型，可以獲得毫米級精度的模型。像片導(dǎo)入后，通過計算機技術(shù)縮短數(shù)據(jù)處理時間，在多臺計算機上實現(xiàn)引擎運行，之后在作業(yè)隊列中關(guān)聯(lián)，以此獲得實景模型。在此次測繪工作中，共獲取12121張像片，將POS數(shù)據(jù)和像片導(dǎo)入到軟件內(nèi)，按照照片自帶參數(shù)信息與位置信息排列。軟件自動開展空間三角加密處理，添加多個地面像控點坐標(biāo)，以此確保工程地理坐標(biāo)和模型坐標(biāo)相同。通過準確計算后，可以自動化獲取航片特征點，匹配同名點，以此計算像片的空間位置與姿態(tài)角，確定像片關(guān)系。此次測繪采集數(shù)據(jù)源于多個架次，因此會出現(xiàn)空間三角加密點片層變形和偏移問題，因此必須詳細記錄姿態(tài)信息與航片信息。通過新建任務(wù)塊加載航片，融合姿態(tài)信息和位置信息，反算獲得地形加密點數(shù)據(jù)。在獲得無紋理信息、不規(guī)則三角網(wǎng)之后，可以從航片中選擇高像素紋理著色，以此確保三維模型的真實度。應(yīng)用傳統(tǒng)方式檢驗精度時，將像控點坐標(biāo)作為真實數(shù)據(jù)，通過模型可以獲取監(jiān)測值，計算二者差值，可以獲得數(shù)據(jù)高程誤差，約為0.01m，平面坐標(biāo)誤差為0.08m，所以可以滿足測量要求。

在應(yīng)用傳統(tǒng)測繪技術(shù)時，需要投入大量人力與物力。比如專人操控測量設(shè)備，專人旁站監(jiān)指揮測量，專人分析和處理數(shù)據(jù)。在應(yīng)用無人機測繪技術(shù)時，只需要專人操控?zé)o人機即可，可以實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集與自動化分析數(shù)據(jù)。采用傳統(tǒng)測量設(shè)施時，無法深入到狹窄區(qū)域或者復(fù)雜區(qū)域監(jiān)測，對于清晰度不足的影像，還需要多次進行測量，且成圖時間比較長。而應(yīng)用無人機測繪技術(shù)時，能夠進入到復(fù)雜、危險區(qū)域內(nèi)拍攝，且成圖質(zhì)量高，能夠縮短成圖時間，應(yīng)用價值高。

4 無人機傾斜攝影測量技術(shù)未來展望

此次研究將無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用到礦山測繪中，根據(jù)應(yīng)用實踐可知，該項技術(shù)可以快速獲取測繪區(qū)域內(nèi)的影像數(shù)據(jù)資料，同時包含調(diào)查區(qū)域內(nèi)的地物信息，以此建立三維模型，可以提出清晰的礦山開發(fā)利用策劃圖，為礦山建設(shè)與開發(fā)應(yīng)用提供詳實可靠的數(shù)據(jù)資料。

數(shù)字化方向?qū)儆跍y繪技術(shù)的發(fā)展新方向，在測繪工程中，可以應(yīng)用智能化系統(tǒng)，操作人員聯(lián)合工程實況繪制圖紙，以此提升測繪工程的效率，還能夠緩解操作人員的工作壓力，對工作程序開展優(yōu)化設(shè)計。

智能化也屬于無人機傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展趨勢，從客觀角度看，智能化發(fā)展能夠滿足實際工作需求。在礦山測繪工程中，開始廣泛應(yīng)用智能化技術(shù)無人機傾斜攝影測量技術(shù)，充分發(fā)揮出智能化系統(tǒng)的作用，收集相關(guān)信息數(shù)據(jù)進行檢測。當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差比較大時，可以及時給予提示，確保操作人員進行核實，保證數(shù)據(jù)的可靠性與準確性，為后續(xù)工程奠定良好基礎(chǔ)。

5 總結(jié)

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術(shù)可以擴大數(shù)據(jù)采集范圍，且測量結(jié)果的精度與準確度非常高，可以有效應(yīng)用于礦山規(guī)劃與勘測工作中。應(yīng)用無人機傾斜攝影測量開展礦山測繪工作時，應(yīng)當(dāng)聯(lián)合礦區(qū)實際情況，制定無人機航行路線，科學(xué)布設(shè)像控點，全面采集數(shù)據(jù)和信息，以此確保數(shù)據(jù)處理效果。