無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)在礦山監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

李亞?wèn)|

（安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230000）

礦山資源的分布條件非常惡劣與復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)礦山資源的順利開發(fā)，保護(hù)區(qū)域環(huán)境，礦山企業(yè)在項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，就需要借助于先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)來(lái)進(jìn)行礦山監(jiān)測(cè)，保障監(jiān)測(cè)的全面性與實(shí)時(shí)性。

傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)在應(yīng)用于礦山監(jiān)測(cè)時(shí)存在著效率低下、精度不足的缺陷，在越來(lái)越復(fù)雜的礦山監(jiān)測(cè)中，這些傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)顯然不適用。

隨著無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)在礦山監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)凸顯，在未來(lái)將具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?，必將帶?dòng)礦山行業(yè)的現(xiàn)代化。

1 概述無(wú)人機(jī)三維攝影技術(shù)的基本內(nèi)容

無(wú)人機(jī)指的是無(wú)人駕駛的或者具備自動(dòng)駕駛功能的飛機(jī)或者飛行器，在飛行時(shí)可以通過(guò)無(wú)線遙感設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)全面控制，無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程也就是其觀測(cè)和采集信息的過(guò)程，在獲得了全面的觀測(cè)信息以后，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的通信模塊會(huì)及時(shí)將此信息傳輸回去，而地面接收設(shè)備就可以自動(dòng)對(duì)這些信息加以篩選、分析與整合[1]。與傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)的靈活性高、更為輕便、經(jīng)濟(jì)效益高、采集范圍廣，這一系列的優(yōu)勢(shì)使得無(wú)人機(jī)在地質(zhì)地形監(jiān)測(cè)和保護(hù)、礦山監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中包含了多個(gè)模塊和要素，主要體現(xiàn)在：①飛行平臺(tái)，這一模塊主要負(fù)責(zé)的是飛行和數(shù)據(jù)采集；②控制系統(tǒng)；這一構(gòu)成要素的作用是進(jìn)行全過(guò)程的控制，比如，飛機(jī)的飛行和命令發(fā)送都是由其來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在這一系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了飛行控制和設(shè)備管理、定位等各種技術(shù)的綜合應(yīng)用；③攝影傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程中，利用攝影傳感器，就可以有效實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)曝光控制，通過(guò)對(duì)焦固定、相機(jī)鎖定等技術(shù)，有保障了三維地面信息攝影的全面性；④地面接收系統(tǒng)，這一模塊可以及時(shí)接收飛行器所采集的信息，對(duì)信息加以有效整合與處理[2]。

無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為新型技術(shù)，該技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，可以從多個(gè)角度來(lái)完成信息的采集，具有信息采集的全方位性，其工作原理如圖1 所示。

基于無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用原理，該技術(shù)在礦山工程實(shí)施中的優(yōu)勢(shì)突出，是其他技術(shù)所難以比擬的：①該技術(shù)下，完全可以實(shí)現(xiàn)全方位、全過(guò)程的監(jiān)控，可以為礦山作業(yè)提供切實(shí)的指導(dǎo)和依據(jù)；②垂直、傾斜等多個(gè)角度的信息采集都可實(shí)現(xiàn)，所獲得的信息更為完整和準(zhǔn)確；③數(shù)據(jù)的傳輸更為便捷和高效，在一定范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

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

2.1 需求調(diào)研

在礦山監(jiān)測(cè)中，要發(fā)揮無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，需首先根據(jù)礦山工程的具體情況，來(lái)確定無(wú)人機(jī)航拍的區(qū)域，在范圍確定時(shí)，應(yīng)適當(dāng)將實(shí)際的航拍區(qū)域加以一定的外擴(kuò)，以提升數(shù)據(jù)的覆蓋范圍。為保障采集數(shù)據(jù)的精確性，提高成像分辨率和清晰度，一般要將DOM 分辨率設(shè)為0.1m，而三維模型分辨率設(shè)為0.2m。

2.2 布設(shè)控點(diǎn)

對(duì)礦山區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)地形等開展全面分析，合理布設(shè)控點(diǎn)。如果在控點(diǎn)布設(shè)的過(guò)程中，面臨的是山頭條件，需盡量將控點(diǎn)布設(shè)在相對(duì)平坦的山頭，一旦將控點(diǎn)布設(shè)在高層范圍內(nèi)，可能會(huì)存在建筑物、植被等的遮擋，對(duì)保障測(cè)量數(shù)據(jù)的精度非常不利[3]。

2.3 外業(yè)航拍

外業(yè)航拍進(jìn)行時(shí)，為保障航拍的全覆蓋性，一般要在同一飛行平臺(tái)上搭載5 個(gè)傳感器，從不同角度來(lái)進(jìn)行影像采集與獲取。在相片拍攝的同時(shí)，專業(yè)人員需要記錄詳細(xì)的參數(shù)，比如，要包含航高、航速、航向、旁向重疊等多種信息，隨后在航測(cè)和記錄的基礎(chǔ)上進(jìn)行全部?jī)A斜影像的處理[4]。

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)下，最終所獲得的傾斜影像不僅可以更為準(zhǔn)確、清晰地反映地物的具體特征，還可以通過(guò)定位技術(shù)等的融入和應(yīng)用，在其中嵌入更為多樣的信息，從而使得傾斜影像的價(jià)值大大提升。

2.4 內(nèi)業(yè)處理階段

2.4.1 數(shù)據(jù)檢查

內(nèi)業(yè)處理階段，數(shù)據(jù)檢查的重點(diǎn)要放在對(duì)飛行質(zhì)量、影像的檢查方面，其檢查指標(biāo)主要包含了影像重疊度、像片傾角與旋角、航線彎曲度等的檢查，如果在數(shù)據(jù)檢查中發(fā)現(xiàn)所獲得的影像與設(shè)計(jì)要求不相符合，將需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，來(lái)重新進(jìn)行無(wú)人機(jī)測(cè)量。

2.4.2 空三加密

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理方面，空三角加密是最為關(guān)鍵的處理環(huán)節(jié)，當(dāng)獲得了相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)以后，專業(yè)人員可以采用光束法區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差的方式，來(lái)獲得最終的結(jié)果[5]。聯(lián)合平差下，主要是將不同觀測(cè)方式下的數(shù)據(jù)加以平差，而外方位元素的初始值選用控制點(diǎn)坐標(biāo)、像片POS 姿態(tài)數(shù)據(jù)。

2.4.3 實(shí)景三維模型建立

實(shí)景三維模型建立的過(guò)程中，需要利用專門的建模軟件，比如，可以選用Pix4Dmapper 等內(nèi)業(yè)處理軟件。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的其他應(yīng)用及實(shí)例分析

3.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的其他應(yīng)用

無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)具有先進(jìn)性，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常突出，而這也為這一技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用與推廣提供了更多的可能性。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)主要應(yīng)用于以下方面：①城市規(guī)劃，在這一技術(shù)下，可以直接通過(guò)三維實(shí)景模型的構(gòu)建來(lái)更為直觀地呈現(xiàn)城市構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市全貌的了解，為有關(guān)部門的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供參考；②礦山監(jiān)測(cè)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量下，可以及時(shí)獲得礦區(qū)內(nèi)的全部影像資料，影像資料的獲取更為便捷與高效，礦山企業(yè)可以直接利用這些影像資料來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的生產(chǎn)工作；③電力規(guī)劃，隨著我國(guó)電力事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，電力工程的建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，在電力線路的規(guī)劃建設(shè)中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以通過(guò)三維實(shí)體模型的構(gòu)建，進(jìn)行線路規(guī)劃和設(shè)計(jì)，保障電力工程各個(gè)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的效果。

3.2 無(wú)人機(jī)三維傾斜技術(shù)在礦山監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例分析

以某礦區(qū)為例，根據(jù)礦區(qū)實(shí)際情況的調(diào)查，最終選用的是無(wú)人機(jī)三維傾斜技術(shù)，在此技術(shù)下，可以更為全面、準(zhǔn)確地獲得礦山區(qū)域的各種信息。

無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)下，要首先根據(jù)礦區(qū)內(nèi)的具體情況，來(lái)確定拍攝范圍，隨后，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的科學(xué)的航線設(shè)計(jì)、控制點(diǎn)布設(shè)。航拍過(guò)程中，相關(guān)參數(shù)設(shè)定如下：飛行區(qū)域?yàn)?0m2，飛行高度500m。航線設(shè)計(jì)方面，需嚴(yán)格根據(jù)Kappa 角的變化來(lái)確定航帶劃分情況，隨后在此基礎(chǔ)上保障航線設(shè)計(jì)的合理性。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著我國(guó)礦山工程的增多，無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)在此類工程中的作用也越來(lái)越突出，為最大程度上發(fā)揮無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在礦山監(jiān)測(cè)中，相關(guān)人員就需要嚴(yán)格根據(jù)礦區(qū)的具體情況，來(lái)進(jìn)行航拍參數(shù)、路線等的科學(xué)設(shè)計(jì)，保障監(jiān)測(cè)范圍的全面性、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與信息來(lái)指導(dǎo)礦山開采作業(yè)，使得礦山工程最大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。