無人機傾斜攝影在歷史遺留廢棄礦山生態(tài)修復中的應用

伴隨著綠水青山就是金山銀山理念的提出，全國各地逐漸淘汰關閉了一批綜合利用率低、生產(chǎn)工藝落后、開采方式不規(guī)范、生態(tài)環(huán)境破壞嚴重的礦山，產(chǎn)生了一批政策性關閉和責任主體滅失的歷史遺留礦山，該批礦山對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞，也引發(fā)了水土流失及沙漠化等一系列嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，成為制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，亟需恢復治理。由于時間短，任務重，常規(guī)的測量方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)實的生態(tài)需要，無人機傾斜攝影測量技術在建設“天藍、水碧、山青、地綠”藍圖中顯得尤為突出。它不但靈活性強、速度快，大大地縮短了外業(yè)測量時間，同時還能獲取更多的影像信息，為規(guī)劃設計人員提供了更加直觀化和可視化的三維立體模型。

如上文中所述，在專利授權確權程序中，權利人有機會對權利要求進行修改，而在專利民事侵權程序中權利人不能修改權利要求，因此，只能依靠限縮解釋權利要求來體現(xiàn)其實質技術貢獻。

1 測區(qū)概況

渭源縣位于甘肅省中部，定西市中西部，地處隴西黃土高原西部和西秦嶺西延部分的交匯地帶，境內梁峁起伏，群山逶迤，地勢西南高，東北低，最高為南部的露骨山，海拔3941m，最低為渭河河谷區(qū)的三河口，海拔1930m。由于大批居民遷移于大面積墾坡種地，過度超載放牧及亂砍濫伐，致使境內自然林草地面積不斷減少，自然植被遭到嚴重破壞，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，自然災害頻繁發(fā)生，形成了“山禿水劣，風高土燥”的黃土高原環(huán)境。各個礦區(qū)之間相隔路程較短，礦區(qū)內部高差最大約80m，最小約30m，且地表裸露，地物地貌較為單一，是無人機攝影測量較理想的地形。

2 無人機傾斜攝影在廢棄礦山測量中的應用

2.1 無人機傾斜攝影的技術優(yōu)勢

無人機傾斜攝影測量是新型的數(shù)據(jù)獲取方式，其以自身所具備的諸多優(yōu)勢，在測繪領域得到廣泛應用，其優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾個方面：真實性、高效性、經(jīng)濟性、共享性以及高性價比等。該技術通過在無人機上搭載傳感器，從多個角度獲取影像，為三維模型的構建提供更多的數(shù)據(jù)支撐，除可以還原真實地物地貌的細節(jié)信息外，還能獲取到準確的地理位置。

2.2 像控點的布設

為了保證后期模型的精度，減少工作難度，提高工作效率。選擇合理的像控點布設形式尤為重要。像控點布設的形式主要取決于航飛區(qū)域的形狀和大小，航飛區(qū)域的形狀一般分為：規(guī)則矩形和正方形，不規(guī)則圖形，帶狀。由于礦山生態(tài)修復項目所測量的區(qū)域一般面積較小，且多為規(guī)則矩形，如本次所測各個礦山區(qū)域均為規(guī)則矩形，像控點的布設均采用“2+1+2”的形式，布設方法采用全野外布點方案，像控點布設方式采用航攝前布設地標與航攝后刺點相結合的方式進行。

對測區(qū)開展攝影測量是為獲取三維立體模型、正射影像圖和地形圖，根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》的相關規(guī)定：航向重疊度一般應為60%～80%，最小不應小于53%；旁向重疊度一般應為15%～60%，最小不應小于8%。在應用無人機傾斜攝影技術對礦山進行測量時，為構建精細的三維立體模型，要獲得較高的傾斜影像重疊度，若是按照規(guī)范規(guī)定設置重疊度，則很難形成三維立體模型。因此為了進一步提升影像本身的配準精度，重疊度越大越好。故此，作業(yè)區(qū)航飛重疊率設置為：航向重疊率80%，旁向重疊率70%。為研究相機傾角與三維模型精度的關系，本次航攝時，將無人機的航高設定為120m。測區(qū)的面積比較小，最大測區(qū)面積為0.36km2，最小測區(qū)面積為0.14km2，從圖1中可以看出，測區(qū)的地形條件較為單一，為提高無人機起飛與降落的靈活性，經(jīng)過比較，最終選定大疆M300RTK無人機

。由于本次測量工作以低空攝影測量為主，所以需要配備高性能的成像系統(tǒng)及導航定位系統(tǒng)，這樣能夠大幅度增強航測效率。

在野外選刺像控點時，為了避免外業(yè)出現(xiàn)錯誤的點而造成像控點的補測，因此在像控點位上均刺雙點或三點作為備用點。像控點坐標測量采用CORS網(wǎng)絡RTK測量方法，測量時間大于1分鐘，測量精度滿足設計要求。

2.3 像控點地面標志樣式

本次測區(qū)內以砂石路為主，若是采用噴漆法對控制點進行制作，則會影響影像效果。由于工作周期較短，不考慮像控點長期保存的因素，為使控制點的影像顯示更加清晰，所以采用鋪撒膩子粉在地面上拼成一個L形，如圖2所示，對拐點外側進行測量，以此作為像控點的坐標。

2.4 航空攝影

考慮到單個測區(qū)面積較小，地形起伏不大，為了保證精度和無縫連接，一次性成圖，我們選擇使用大疆M300RTK無人機進行飛行作業(yè)。

從構建的三維模型中提取像控點的坐標，與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)做對比，中誤差為±0.054m。在不考慮實測誤差的前提下，認定實測數(shù)據(jù)為真實值，從對比結果可知，基于Smart3Dcapture三維模型測得的控制點坐標可以滿足1：1000地形圖的制圖要求

。在此需要指出的一點是，三維模型在構建過程中，是對所有影像整體平差。故此，該模型可以滿足廢棄礦山1:1000地形圖的制作要求。

一位朋友來信說，自己怎樣都做不好班主任工作。我好奇她到底是如何做的，便電話與之交流，發(fā)現(xiàn)她幾乎每一項措施都是轟轟烈烈地開始，然后又無聲無息地結束?！霸鯓幼觥薄岛粋€又一個日子的重復，暗含著困難挫折襲來之時的堅持。

2.6.2 建筑物精度

2.6.1 像控點精度

2.5 數(shù)據(jù)處理

2.5.1 選擇處理軟件

然后找到當前循環(huán)最差螞蟻所經(jīng)過的路徑，應用式(10)的全局更新規(guī)則對屬于最差路徑但不屬于全局最優(yōu)路徑中的節(jié)點的信息素進行更新。

2.5.2 構建模型

通過Smart3Dcapture軟件構建模型時，需要先獲取原始影像，經(jīng)過整體平差后進行多視角影像密集匹配，隨后構建三維TIN網(wǎng)格，創(chuàng)建白體三維模型，映射紋理后，便可得到三維場景。在獲取原始數(shù)據(jù)的過程中，POS文件的格式為文本文檔，導入該文件時，需要導入Execl表

。利用Smart3Dcapture能夠得到礦區(qū)的整體三維效果和建筑細部圖，如圖3和圖4所示。

由Smart3Dcapture軟件構建的三維模型整體效果良好，模型中的地物銜接非常緊密，紋理極為逼真，整個礦區(qū)的輪廓和建筑物的結構在模型中清晰可見。利用無人機傾斜攝影獲取的影像清晰度較高，結合地面控制點，能夠生成具有高精度特點的三維模型。但從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，建筑物的角點、屋檐遮擋等部位存在模糊的現(xiàn)象，這是三維模型存在漏洞所致，這個漏洞可以通過后期處理修補。

4.生活條件得到改善，人民滿意度增強。由于貧困地區(qū)得到了政府政策的支持，人民收入大大提高，老百姓對政府的滿意度也會提高。農村的各項條件得到改善，當?shù)氐娜丝诹鞒鼍蜁匀粶p少，這樣城市和農村也會越來越協(xié)調發(fā)展。

2.6 測量結果分析

無人機優(yōu)點較多，但電池的容量有限，導致續(xù)航能力不足，難以覆蓋較大的面積。但本次測量的所有區(qū)域面積較小，加之選用的無人機系統(tǒng)能夠按照用戶的使用需要，在指定范圍內，根據(jù)設定的高度及重疊率，自動對航攝路線進行規(guī)劃，所以可以滿足基本應用需要。在無人機操作系統(tǒng)主窗口中，能顯示拍攝到的圖像。

內業(yè)數(shù)據(jù)處理過程中，處理軟件的選擇較為重要，直接關系到處理效率和數(shù)據(jù)質量，所以要優(yōu)選處理軟件。目前，常用的處理軟件有以下幾種：Photoscarn、Smart3Dcapture和Pix4d。其中Pix4d在正射影像生成方面的效果顯著，但三維建模速度比較慢，而且效果一般，很難滿足高精度要求。Photoscarn、Smart3Dcapture均能處理數(shù)字圖像，并自動生成三維模型，兩款軟件在建模效果方面并無太大的差異。從通用性和價格上看，Smart3Dcapture優(yōu)于Photoscarn。故在本次測量中，選用Smart3Dcapture作為處理軟件

。該軟件最為突出的特點是能夠從簡單、連續(xù)的影像中，以非?？斓乃俣韧瓿蓪嵕叭S模型的構建，生成高密度點云，若是用于影像拍攝的相機具有足夠高的分辨率，則可使場景的還原無限接近于真實情況。不僅如此，該軟件還能接收硬件設備采集到的原始數(shù)據(jù)，如無人機通過傳感器獲取的影像、地面上用相機獲取的影像等，并將數(shù)據(jù)還原為三維模型。

2.4.1 采集影像

2.4.2 布設航線

不同麻醉液溫度下對斑點叉尾鮰存活率的影響結果見圖 1，結果表明，隨著保活時間的延長，存活率顯著下降，水溫從2 ℃增加到10 ℃增加，存活率先增加后降低，當水溫是6 ℃時，保活7 h后的存活率為100%，?；? h的存活率為75%，遠遠高于其它組。與其它麻醉液溫度相比，最佳麻醉液水溫是6 ℃。

有時候人們對醫(yī)院社會服務的認識存在誤解：認為它完全是為窮人服務的，主旨就是施財給錢。其實這并非是醫(yī)院社會服務宗旨，盡管在許多病例中，確實伴隨著貧困問題。

本此測區(qū)的面積都較小，整個區(qū)域內的建筑物數(shù)量不多，并且不存在地物遮蓋的情況。為對礦區(qū)內的建筑物精度進行驗證，從三維模型中提取建筑物角點坐標。該建筑物的實測長度為21.104m，而在三維模型上量測的該建筑物長度為21.038m，角點與像控點的誤差較小

。由于單個建筑物無法說明情況，所以分別對19個廢棄礦山模型進行了隨機抽取10檢測點進行精度分析，結果表明地形起伏較小的測區(qū)檢測點誤差較小，地形起伏較大的測區(qū)檢測點誤差較大。因此，通過實踐表明無人機航高會在一定程度上影響測量精度，通常情況下，無人機的航高越低，獲得測量結果精度越高。但測量對象為礦山時，因地勢起伏大，航高的變化也增大，測量結果的精度隨之受到影響，故此，在進行大面積航空攝影測量時，如果地形起伏較大時要考慮分區(qū)航飛，以便減小航高對測量精度的影響。

目前，國內外針對采用BIM平臺和技術進行結構施工圖配筋審核的軟件及其運用案例還未見報道。但已有將BIM技術應用于圖紙會審階段的工程：硅湖職業(yè)技術學院新校區(qū)工程，介紹了BIM技術在圖紙會審階段的應用，總結了BIM技術在會審階段帶來的優(yōu)點，如排除大部分圖紙錯誤、優(yōu)化施工圖紙及縮短工期等[9]。Hjelseth[10]提出了BIM-based Model Checking (BMC)，利用BIM技術的特點，實現(xiàn)模型檢查的合規(guī)性和設計協(xié)調性。

2.6.3 精度影響因素

姿態(tài)角的變化和礦區(qū)高差的變化，是影響精度的主要因素，下面分別進行分析。

（1）本次礦區(qū)無人機傾斜攝影測量的姿態(tài)角為45°，為分析姿態(tài)角變化對測量結果精度的影響，將姿態(tài)角設為60°，分別進行三個方向的飛行測試，一個為航線方向，另外兩個為垂直航線的方向。飛行測試結束后，將采集到的數(shù)據(jù)傳給內業(yè)，依托Smart3Dcapture軟件進行三維建模，相應的建模結果并未出現(xiàn)，建模失敗

。由此可見，姿態(tài)角的增大導致無人機采集到的影像重疊率降低，致使無法完成影像匹配。因此，在地勢起伏大的礦山地區(qū)應用無人機傾斜攝影測量時，傾角不宜過大，否則會造成建模失敗。

（2）本次部分測區(qū)具有地勢起伏大的特點，礦區(qū)內地表最大高差為80m，山頂與無人機起飛平面之間的高差約為40m，無人機的航高設定為100m，由獲取到的影像可知，地表部分的比例尺大于坑底。為驗證礦區(qū)較低處的三維建模結果是否與地表基準面相同，從礦區(qū)較低處選取8個特征點，用三維模型提取出來的8個特征點數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進行對比，結果顯示，模型提取的精度小于現(xiàn)場實測精度，說明測區(qū)的高差變化，對測量精度具有直接影響。為解決這一問題，可在無人機傾斜攝影的過程中，在礦坑底部增設像控點，以此來提升模型的精度，確保測量結果的準確性。

3 結論

結合甘肅省定西市渭源縣的歷史遺留廢棄礦山生態(tài)修復工程的實際需求，提出采用無人機傾斜攝影技術獲取廢棄礦山地理信息，經(jīng)過實踐驗證，在廢棄礦山地質測量中無人機傾斜攝影測量技術有明顯優(yōu)勢，科學設置像空點、內業(yè)數(shù)據(jù)處理精度高、所測得的地形圖坐標可滿足繪圖要求，為廢棄礦山生態(tài)修復提供詳細地表信息。

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[2]楊軍義,劉玉杰.基于無人機航測的礦山地形測量方法探究[J].冶金管理,2021(13):84-85.

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