無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中的應用分析

王生新 李會平 楊磊 陳鵬宇 林士杰

山東魯邦地理信息工程有限公司 山東 濟南 250101

引言

眾所周知，測繪結果能為礦山的建設與資源開發(fā)提供可靠的數(shù)據(jù)支持，不僅能有效提高礦山開采的效率，還能為相關單位贏取更多的社會和經濟效益，促進整個礦山建設的順利進行。傳統(tǒng)意義上的測繪技術，由于耗費的時間較長、測繪效率低、結果準確度不高而無法滿足快速成圖的要求，現(xiàn)如今，隨著通信技術、無人機技術以及定位技術等先進科技進入了大眾視野，傾斜攝影式測量技術也發(fā)揮出了自身作用，在礦山測繪中取得了良好的應用成效。

1 無人機傾斜攝影測量技術概述

早期階段，傾斜攝影技術大多被應用在獲取建筑物外部的立面紋理信息上，沒有在工程或礦山地形的測量中發(fā)揮作用，近年來，隨著動態(tài)化GPS技術、多元數(shù)據(jù)和圖像融合處理系統(tǒng)等的出現(xiàn)，為傾斜攝影工作中存在的數(shù)據(jù)處理提供了解決思路，促進了無人機傾斜攝影技術的發(fā)展。

顧名思義，無人機傾斜攝影技術，就是借助無人機平臺，搭載多個攝像機，按照預設路線來采集測繪區(qū)域內的影像信息，這樣不僅能從多個角度進行拍攝，將地面物體的情況準確、充分地反映出來，還能有效提高各項信息的精度，其是從垂直型攝影技術的基礎上發(fā)展而來，有效解決了舊技術中存在的弊端[1]。與此同時，在定位技術、融合技術以及建模技術的聯(lián)合作用下，能將所采集到的數(shù)據(jù)信息自動生成相應的三維模型；并按照技術的應用流程，充分使用POS信息、傳感器參數(shù)、影像數(shù)據(jù)和航片等，實現(xiàn)對測量相片的合理控制；除此之外，要高度重視對業(yè)內數(shù)據(jù)的處理，加強控制點影像的關聯(lián)性，結合三運算輸出的結果，建立起科學的三維實景模型。由此可見，通過對無人機航空攝影技術的應用，在很大程度上彌補了傳統(tǒng)垂直攝影技術無法獲取待測目標側面信息的缺陷，能從多個角度進行測量，全面獲取地面各種待測物的信息，為礦山測繪由二維向三維發(fā)展打下了堅實基礎，推動了社會的進步。

2 無人機傾斜攝影測量作業(yè)流程

2.1 準備工作與項目設計

在正式開始進行無人機傾斜攝影測量工作之前，首先，需要收集既有的工作范圍、項目特點以及已有控制點等成果資料，并盡可能將這些資料用到實處。其次，再根據(jù)項目的實際情況來開展項目設計，工作內容主要包括航速、航高、航線和相機參數(shù)等。

2.2 像控點與航空攝影測量

在完成項目準備與項目設計之后，還要開展像控點與航空攝影測量工作，此項工作是整個項目最核心的部分，不僅要保證所布設的像控點均勻分布在整個測區(qū)范圍內，還要確保像控點的間距和測設的方法都滿足相關要求。

2.3 業(yè)內處理

在完成像控點和影像的采集后，還要對相片進行預處理，然后借助專業(yè)化軟件開展空三加密與三維建模工作，并將模型導入相應的采集軟件中獲取裸眼地籍要素。值得注意的是，上述操作過程中，若是遇到業(yè)內難以判斷的情況時，要先做好詳細的記錄，再在現(xiàn)場進行調繪，例如，當一些點位不能確定時，就需要進行實地丈量。

2.4 外業(yè)調繪與質量檢查

在完成業(yè)內采集工作后，還需要進行外業(yè)調繪與確認，并對成果質量展開仔細檢查，直到檢查無誤后才能整理提交相關資料。

3 無人機傾斜攝影測量技術的優(yōu)勢

3.1 監(jiān)測效率高

眾所周知，礦山測繪所涉及的范圍非常廣，所需測繪的數(shù)據(jù)也很多，若是監(jiān)測效率不夠高，那么不僅會影響到最終的測繪成效，還會給突發(fā)事件的快速處理造成不利影響。由此觀之，礦山測繪工作對監(jiān)測效率有著極高的要求，而無人機傾斜攝影技術能有效滿足上述要求，其結合了飛行器、全球定位和數(shù)碼傳感器等諸多先進技術，能在很大程度上提高礦山測繪的質量和效率。

3.2 多角度采集信息

顧名思義，所謂垂直攝影技術，指的就是從垂直角度上進行拍攝，這樣不僅角度呈現(xiàn)比較單一，且獲取數(shù)據(jù)信息的能力也非常低下。而無人機傾斜攝影技術的出現(xiàn)，極大地改變了上述狀況，通過在多個不同的角度上安裝攝像頭，既能從更多維度觀察待測對象，也能獲取更多的側面信息，從而有效突破了垂直攝影自身的局限性。當然，從多個角度采集到的信息，也為后續(xù)正式的測繪工作打下了堅實基礎，極大地提高了三維測繪成效。

3.3 待測目標的還原效率高

在進行礦山測繪的過程中，還原待測目標是很重要的一項工作，能為后續(xù)工作的順利開展奠定堅實基礎。垂直攝影技術，因為拍攝角度的限制，無法全面獲取待測目標的側面信息，所以在很大程度上增加了還原工作的難度系數(shù)。而無人機傾斜攝影技術則沒有這一困擾，通過采集待測目標頂面與側面的信息，能從高度、角度等方面將其充分展現(xiàn)出來，極大地提高了還原效率。

4 無人機傾斜攝影測量在礦山測繪中的實踐

4.1 在礦山開采規(guī)劃設計中的應用

在開展礦山開采規(guī)劃設計工作的過程中，通過對傾斜攝影技術的合理應用，不僅能獲取更多高精度的數(shù)據(jù)信息，還能開展大地測量與制圖工作，達到充分優(yōu)化山體特點的目標，使其和城市規(guī)劃保持一致性，為后續(xù)開采作業(yè)提供科學、準確的數(shù)據(jù)支撐。例如，借助多邊形的攝影數(shù)據(jù)，能合理預估各礦區(qū)所需的照明時間，這樣為制定出科學的設計方案提供了便利。除此之外，還能通過建模來定量分析礦區(qū)內部日光維持的時間，并合理規(guī)劃山脈之間的間距，有效提高礦山開采的效率。

4.2 影像獲取和預處理

在正式開始進行航攝之前，首先需要設定好基本的航向，并在充分掌握無人機現(xiàn)狀的基礎上，合理分析其性能指標和飛行時間等參數(shù)，這樣才能確保外業(yè)傾斜攝影的順利開展。與此同時，在航攝過程中，不僅要獲得不同傾斜角度的影像資料，還要實現(xiàn)影像的自動拍攝，確保獲得的影像資料清晰而全面。除此之外，在采集完區(qū)域內的相關數(shù)據(jù)后，還要做好數(shù)據(jù)的預處理工作，選擇合適的影像，并將其投射到虛擬的影像中，防止地面豎直物體產生的重影給其帶來不利影像[2]。

4.3 像片控制測量

在使用無人機傾斜攝影技術進行礦山測繪的過程中，像控點測量是不可或缺的一個環(huán)節(jié)，能在很大程度上提高最終的測繪效果。由此觀之，合理布設測區(qū)范圍內的像控點就顯得尤為重要，盡可能將其布設在那些視野較為明顯或者地形無爭議的區(qū)域。通過開展相片控制測量工作，能在很大程度上提高測繪的精度，其中，布設控制點的注意事項如下：首先，要根據(jù)實際的地形地貌來合理劃分測繪區(qū)域，對于區(qū)域外的像控點而言，基本都被布設在輪廓線之外；其次，在選擇像控點時，要與區(qū)域內的地形地貌有機結合起來，盡可能選擇一些容易辨別、沒有爭議的區(qū)域；再次，在山頭布設像控點的過程中，要盡可能選擇地形起伏較為平緩的區(qū)域，能有效提升測量結果的準確性；第四，若是測繪區(qū)域中存在大型的建筑物抑或是大面積的水域，將會在很大程度上增加像控點布設的難度[3]。

4.4 空中三角加密處理

在進行礦山測繪過程中，很容易被外界環(huán)因素所干擾，比如植被、建筑物等，從而使地面控制點難以滿足無人機傾斜攝影的要求，出現(xiàn)盲區(qū)等諸多問題，給最終的測繪結果帶來嚴重影響。為了有效解決上述問題，需要對空中三角進行加密處理和矯正，盡可能提高測繪的精度。對于空中三角的加密處理而言，主要通過建立相應的外方位元素，增加預算的準確度，并結合有關軟件來減少外界因素的干擾，增加測量結果的可靠性。

4.5 三維建模和數(shù)據(jù)采集

眾所周知，在進行礦山測繪的過程中，要想獲取準確的數(shù)據(jù)信息，就需要構建好礦山地形的三維模型，這樣便于后續(xù)為后續(xù)相關工作提供有效的數(shù)據(jù)支持。在構建三維數(shù)據(jù)模型的過程中，必須對多角度的傾斜影像進行校正、聯(lián)合以及匹配等操作，這樣才能獲得更加準確的三維傾斜式模型。與此同時，在建好模型后，要借助數(shù)據(jù)處理軟件來獲取區(qū)域中地貌和地物的數(shù)據(jù)信息，其中，數(shù)據(jù)采集的內容如下所述。第一，手動采集地物的相關要素，即采取手動的方式來采集測區(qū)中各像控點的數(shù)據(jù)信息，抑或是有效提取建筑物的輪廓等。第二，實現(xiàn)對地貌三維信息的自動化提取，主要包括等高線采集、高程標注點等，然后人工再使用軟件對其展開整合處理。第三，在解決地物遮擋相關問題時，要對影像中被遮擋的區(qū)域進行補充測量，并確保整體測量數(shù)據(jù)的準確性。值得注意的是，在采集數(shù)據(jù)信息的過程中，要根據(jù)地形圖的比例來明確等高距以及高程標注點的疏密等，保證最終的測繪質量。

4.6 外業(yè)調繪與補測

眾所周知，在使用無人機傾斜攝影技術進行航空拍攝的過程中，不可避免地會出現(xiàn)一些拍攝盲區(qū)，無法準確獲取那些建筑物遮擋以及植被茂盛區(qū)域的影像。因此，需要及時將上述區(qū)域準確標注出來，并對其展開外業(yè)調繪與補測。

4.7 測繪數(shù)據(jù)處理

在結束礦山測繪工作之后，還要借助多視圖、多維重建等技術來對影像進行處理。首先，將數(shù)碼影像導入相應的軟件中，自動生成高質量的正射影像圖，并構建出高分辨率、高精度的三維模型；其次，在導入相片之后，可以使用計算機技術有效縮短數(shù)據(jù)處理的時間，通過在多臺計算機上運行，在作業(yè)隊中進行關聯(lián)，得到準確的實景模型。

5 無人機傾斜攝影測量技術未來的發(fā)展前景

經過對無人機傾斜式攝影技術在礦山測繪中的實踐分析，發(fā)現(xiàn)此技術不僅能快速、準確地獲取測繪區(qū)域中的影響資料，還能調查其中的一些地物信息，這樣不僅便于三維模型的構建，還能制定出科學、合理的礦山開發(fā)方案，為后續(xù)礦山建設提供可靠的數(shù)據(jù)信息。

測繪技術未來會不斷朝著數(shù)字化的方向發(fā)現(xiàn)，無人機傾斜式攝影技術也不例外，將智能化系統(tǒng)應用到測繪工作中，相關人員根據(jù)工程的實際情況制定工作方案，這樣既可以提高測繪的效率和質量，也能在很大程度上減少操作人員的壓力，達到優(yōu)化工作程序的目標。在開展礦山測繪工作時，通過對無人機傾斜式攝影技術的合理應用，能將其中智能化系統(tǒng)所具備的作用充分發(fā)揮出來，快速收集所需的數(shù)據(jù)信息，并對其進行檢測，若是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的誤差較大，就要及時給予提示，這樣方便操作人員做好核實工作，從而最大限度地保證數(shù)據(jù)準確性和可靠性，為后續(xù)的工程建設打下堅實基礎。

6 結束語

綜上所述，隨著社會經濟的飛速發(fā)展，科學技術也取得了極大進步。在進行礦山測繪的過程中，無人機傾斜式攝影技術得到了廣泛應用，其不僅能有效擴大數(shù)據(jù)信息采集的范圍，還能保證測量結果的準確度，為整個測繪工作的順利開展奠定了堅實基礎。在正式開展測繪工作時，需要根據(jù)礦區(qū)的實際情況來制定合理的無人機航行路線，并保證像控點的布設符合相關要求，這樣才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的全面采集，從而最大限度地提高數(shù)據(jù)處理成效。