探討無人機傾斜攝影測量在礦山監(jiān)測中的應用策略

范 龍

礦山作為礦產(chǎn)資源的重要來源，在現(xiàn)代社會的發(fā)展過程中具有重要的作用，然而由于礦山開采的工程量較大，加上地質(zhì)復雜多樣，礦山開采的難度較大，很容易就會在開采環(huán)節(jié)出現(xiàn)各種問題，需要相關人員在進行開采的工程中針對礦山的各種情況進行檢測，保證工程的順利進行。現(xiàn)代科技發(fā)展過程中出現(xiàn)的無人機傾斜攝影技術作為現(xiàn)階段測量作業(yè)的重要技術構成，能夠在很大程度上保證監(jiān)測的效率和質(zhì)量，在保證監(jiān)測工作順利進行的同時提升工作的效率。無人機傾斜攝影技術的運用，解決了傳統(tǒng)攝影技術中存在的只能進行垂直攝影的弊端，能夠全面的針對監(jiān)測區(qū)域進行測量，對于礦區(qū)這種復雜地形來說，無疑具有很強的優(yōu)勢性，能夠在一定程度上推動礦產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。

1 無人機傾斜攝影測量和礦山監(jiān)測概述

1.1 無人機傾斜攝影技術的概念

傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發(fā)展起來的一項高新技術，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等五個不同的角度采集影像，能夠更為直觀的對對象進行監(jiān)測。無人機傾斜攝影則是指借助無人機這一工具進行的傾斜攝影活動，是指利用無人機平臺，一般搭載5 鏡頭傾斜相機，在機載控制軟件和慣性導航系統(tǒng)控制下，按設計航線、航高、航向及旁向重疊度等自主飛行，獲取被攝區(qū)域的多視密集影像的一種技術。在進行監(jiān)測的過程中，無人機首先通過專業(yè)軟件進行幾何畸變改正、多視影像聯(lián)合平差以及白膜及紋理映射等，生產(chǎn)實景三維模型、DOM 以及TDOM 等。相較于傳統(tǒng)的監(jiān)測技術來說，無人機承載的傾斜攝影技術在效率上和質(zhì)量上均有很大的突破，能夠有效地縮短監(jiān)測和成圖周期，現(xiàn)已經(jīng)在困難地區(qū)測繪領域得到了廣泛的應用。

1.2 礦山監(jiān)測

在進行礦產(chǎn)開采的過程中，由于礦產(chǎn)一般深埋地下或者是山體中，所以開采難度較大，在進行事先的測量和開采環(huán)節(jié)監(jiān)測過程中都需要相關人員加大關注力度。一方面，工作人員在進行礦山的開采之前，需要針對礦山所處的地理位置進行調(diào)查和研究，得出礦產(chǎn)的具體位置以及最佳的開采路線方式，這樣才能保證礦產(chǎn)開采的質(zhì)量和效率。而且在礦產(chǎn)開采的過程中，由于工作量和規(guī)模等因素，開采會對原有的山體壓力產(chǎn)生影響，造成一些問題，需要相關人員通過各種手段對礦區(qū)進行監(jiān)測，保證能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)開采過程中存在的問題，避免對開采各種造成影響。另一方面，礦山一般位于各種自然環(huán)境中，進行開采不可避免地會對當?shù)丨h(huán)境造成破壞。所以還需要相關人員針對開采活動造成的環(huán)境污染進行監(jiān)測，在保證環(huán)境的基礎上實現(xiàn)對礦山的開發(fā)。所以礦山監(jiān)測就涵蓋了整個礦山開采的整個流程，對礦山開采具有重要的影響。

1.3 無人機傾斜攝影在礦山開采中的優(yōu)勢以及特征

相較于傳統(tǒng)的攝影測量技術來說，無人機承載的傾斜攝影技術憑借其獨有的特點，在礦山開采環(huán)節(jié)具有很強的優(yōu)勢。首先是其能憑借多重攝影反映場地周邊的真實地貌，由無人機攜帶的傾斜攝影設備，在兼具了傾斜攝影優(yōu)勢的同時還簡便了測量的操作，在測量環(huán)節(jié)能夠從多個方位對礦山進行多角度的攝影，這樣就解決了傳統(tǒng)的正射影像只能進行垂直攝影的弊端，在很大程度上彌補了傳統(tǒng)礦山監(jiān)測存在的不足；其次是可以實現(xiàn)單張影像的測量，就是說傾斜攝影技術可以根據(jù)單張影像就實現(xiàn)對當?shù)氐匦伍L、寬、高等信息的測量，通過無人機拍攝相關照片之后，相關專業(yè)人員就能夠借助一些軟件實現(xiàn)對當?shù)氐匦蔚臏y量，在很大程度上提升了礦山監(jiān)測的效率；然后是可以進行精準化的紋理采集特征，在礦山監(jiān)測環(huán)節(jié)運用無人機傾斜攝影技術，能借助無人機設備對礦區(qū)進行大規(guī)模的攝影，然后再借助傾斜攝影批量提取以及貼紋理的特點實現(xiàn)對礦區(qū)紋理以及起伏特征的信息收集。這樣一來，就在很大程度上降低了相關技術人員在進行三維建模環(huán)節(jié)的難度，提升了礦山監(jiān)測的效率和質(zhì)量；最后就是數(shù)據(jù)量小易于傳播的特點，相較于傳統(tǒng)的3S 測量技術來說，3S 技術需要對場地周邊的信息進行全收錄，就需要收集龐大的數(shù)據(jù)量，增加了信息在使用和傳播環(huán)節(jié)的難度。無人機傾斜攝影技術通過攝影就能實現(xiàn)對區(qū)域地形的測量，就降低了數(shù)據(jù)的大小，方便數(shù)據(jù)進行傳播，在一定程度上提升了監(jiān)測效率。另一方面，相較于傳統(tǒng)的監(jiān)測傳播技術來說，經(jīng)由無人機傾斜攝影技術獲得的數(shù)據(jù)在格式上具有一定的適用性，所以數(shù)據(jù)在傳播方面的限制進一步降低，可采用成熟的技術快速進行網(wǎng)絡發(fā)布，這樣一來，就增強了相關監(jiān)測人員對數(shù)據(jù)的運用。

2 無人機傾斜攝影在礦山監(jiān)測方面的主要步驟

對于礦山監(jiān)測來說，由于其工作量較大，情況較為復雜，所以在通過無人機對其進行傾斜攝影時就需要遵循一定的流程和規(guī)范，一方面規(guī)避由于地質(zhì)復雜以及流程紊亂帶來的測量失誤，一方面也能加快監(jiān)測的效率和質(zhì)量，保證礦山開采作業(yè)的順利進行。

2.1 事前的礦區(qū)考察以及航線的制定

借助無人機實現(xiàn)的傾斜攝影技術需要對無人機的航線進行制定，以保證實現(xiàn)對整個礦區(qū)的覆蓋，避免出現(xiàn)遺漏影響礦山工作，所以在決定進行礦山監(jiān)測的環(huán)節(jié)，就需要對其進行事先的考察。一方面，相關人員應該通用專業(yè)的設備對礦山的位置以及地形進行大致的了解，然后由專業(yè)人員親身進行實地考察，對礦區(qū)的地形地質(zhì)以及氣候等各種因素進行調(diào)查，并且決定需要無人機進行攝影的場所以及需要的設備。另一方面，由于無人機和數(shù)字地球相互聯(lián)系能夠在一定程度上提升監(jiān)測的準確性和效率，所以考察人員還需要結合數(shù)字地球影響，確定無人機拍攝飛行航線，盡量保證數(shù)字地球和礦區(qū)全覆蓋兩者兼顧。

2.2 像控點的布設

無人機傾斜攝影技術要想實現(xiàn)監(jiān)測的目標，還需要布設像控點，這樣才能在監(jiān)測環(huán)節(jié)保證無人機功能的正常施展。在進行像控點的布設環(huán)節(jié)，相關人員需要根據(jù)考察環(huán)節(jié)制定的無人機航線進行布設，根據(jù)監(jiān)測需要以及無人機本身的性能等因素，合理的制定像控點的數(shù)量、位置以及間隔，既要保證像控點能夠實現(xiàn)對全礦區(qū)的覆蓋，也要保證像控點在發(fā)展過程中能夠符合無人機的飛行軌道，這樣才能充分地發(fā)揮無人機傾斜攝影的優(yōu)勢，促進礦山監(jiān)測的發(fā)展。

2.3 航拍環(huán)節(jié)

在一系列的準備工作完畢之后，就需要進行監(jiān)測作業(yè)，無人機傾斜攝影是通過影像拍攝實現(xiàn)對礦區(qū)的檢測，所以照片以及影像是無人機傾斜攝影的主要信息獲取方式。在進行航拍的過程中，相關人員一方面需要兼顧天氣的影響，盡量選擇在地面天氣晴朗條件下起飛，以規(guī)避惡劣天氣對無人機飛行作業(yè)造成的影響。而且在航拍環(huán)節(jié)，還需要兼顧起飛以及降落的場所，盡量選擇地勢盡可能平坦且大范圍無遮擋的場所進行起降，這樣能夠避免無人機以及相關設備造成的損傷。另一方面，航拍環(huán)節(jié)還需要一定的技術作為支撐，相關操作人員應該在事先進行參數(shù)的設置，保證無人機按照既有的軌道航線進行飛行，并設置手動操作，方便應付緊急情況。

2.4 數(shù)據(jù)收集和整理

航拍之后得到的數(shù)據(jù)是最為原始的資料，無法作為礦山監(jiān)測需要的信息，需要經(jīng)過專業(yè)人員的整理才能作為最終資料。一方面，在收集到相關信息之后，地勤人員需要對實時傳輸獲取的影像進行核對，檢查出重疊度不足、照片丟失以及重點區(qū)域信息丟失的問題，然后及時地傳遞給攝影人員讓其補拍，這樣才能保證信息收集的完整性和清晰性，方便針對礦區(qū)進行監(jiān)測。另一方面，在獲取了完善的信息之后，相關人員就要借助Smart3D 和ArcGIS 等軟件對所獲取的原始數(shù)據(jù)進行處理，以獲得礦區(qū)DOM數(shù)據(jù)和DEM 數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)和往期進行對比，這樣就能及時地發(fā)現(xiàn)礦區(qū)在一定周期內(nèi)發(fā)生的變化，實現(xiàn)對礦區(qū)的動態(tài)監(jiān)測。

3 現(xiàn)階段礦山監(jiān)測存在的難點

礦山開采作為現(xiàn)階段社會發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，由于工作量以及地形地質(zhì)等因素，在開采環(huán)節(jié)就具有一定的難度，相應地，進行礦山監(jiān)測也存在一定的難度，需要相關人員從各個方面入手，保證監(jiān)測工作能夠順利進行。

3.1 工作量大

一般具有開采價值的礦山在儲量和體型上都很大，所以需要進行監(jiān)測的范圍也就十分廣闊，工作量十分龐大。在進行監(jiān)測的過程中，任務量的龐大主要體現(xiàn)在質(zhì)量以及數(shù)量兩個方面。一方面，礦山開采需要對礦區(qū)位置、礦產(chǎn)儲量以及其他信息變動情況進行詳細的了解，所以礦山監(jiān)測就涉及到方方面面的內(nèi)容，需要相關人員在發(fā)展過程中對礦山進行全面的監(jiān)測，工作量較大。另一方面，礦山在開采過程中涉及到儲量的降低和對周邊環(huán)境造成的污染，這些在短時間內(nèi)難以發(fā)覺的現(xiàn)象就需要經(jīng)過長時間的監(jiān)測和多次的信息收集，這樣才能明晰礦山儲量以及環(huán)境的變化趨勢。但是這樣也就在很大程度上增加了監(jiān)測人員的工作量，造成礦山監(jiān)測方面的難題。

3.2 技術性較強

相較于傳統(tǒng)的3S 監(jiān)測技術來說，無人機雖然具有很強的優(yōu)勢，但是卻存在技術方面的問題?，F(xiàn)階段的礦山開采在進行無人機傾斜攝影的環(huán)節(jié)，雖然在操作方面進行了簡化，但是在后續(xù)的無人機航線設計、三維成像以及模型的制作環(huán)節(jié)均需要專業(yè)的設備和人員進行操作，這就在技術上對礦山監(jiān)測造成了一定的限制。就造成現(xiàn)階段的礦山監(jiān)測經(jīng)常出現(xiàn)信息不全以及信息缺失等問題，在很大程度上影響了礦山監(jiān)測的水平，不利于現(xiàn)階段礦產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展。

4 無人機傾斜攝影在礦山監(jiān)測環(huán)節(jié)的應用

無人機傾斜攝影技術在現(xiàn)階段的礦山監(jiān)測環(huán)節(jié)能夠發(fā)揮很大的作用，就需要相關人員在深入了解無人機我傾斜攝影的前提下將其運用在礦山監(jiān)測中。但是由于礦山監(jiān)測的復雜性和無人機傾斜攝影的技術性，就需要將其合理地運用到礦山監(jiān)測中，這樣才能充分發(fā)揮無人機傾斜攝影的功能，實現(xiàn)對礦山的檢測。

4.1 圖像的采集和處理

礦山監(jiān)測最重要的就是對礦山信息進行采集和整理，這樣才能充分的對礦山進行了解和監(jiān)測，所以相關人員就需要加強對信息收集和處理的重視程度。無人機傾斜攝影技術在運用環(huán)節(jié)就需要根據(jù)對研究區(qū)域基本條件的了解以及基于無人機性能參數(shù)的科學依據(jù)實現(xiàn)對無人機導航的方向、飛行時間以及飛行路徑的策劃，這樣才能保證監(jiān)測工作的順利進行。而且在攝影環(huán)節(jié)，可以從多個角度更全面地捕捉圖像，根據(jù)相機檢校文件提供的內(nèi)方位元素和光學畸變校正參數(shù)，對多視密集影像進行幾何、光學畸變校正，這樣能在很大程度上提升無人機傾斜攝影的攝像質(zhì)量。而且在進行攝影的環(huán)節(jié)，還需要將選定的傾斜圖像投影回創(chuàng)建的虛擬圖像，以避免相關土壤產(chǎn)生的陰影對監(jiān)測結果造成影響。

4.2 應用在邊坡監(jiān)測方面

礦山開采環(huán)節(jié)，一般需要進行邊坡的設計以方面開采作業(yè)的順利進行，邊坡作業(yè)對礦山工作的安全和順利開展具有重要的影響，所以礦山的檢測就需要將其列為重點。邊坡一般常見于露天礦山中，在進行露天礦山的開采環(huán)節(jié)，為了及時監(jiān)測和確定開采邊坡角度穩(wěn)定性，評估邊坡穩(wěn)定性，確保礦山安全施工，必須對其進行檢測。一方面是對其角度進行監(jiān)測，邊坡的角度一般會控制在40°～60°之間，但是隨著時間的推移，各種人工操作和自然氣候會對坡度產(chǎn)生影響，造成邊坡方面的問題。傳統(tǒng)的邊坡角監(jiān)測和確定需要利用全站儀和GPS 技術現(xiàn)場施測，不僅耗費時間，還具有一定的危險性。利用無人機傾斜攝影，就能夠獲得數(shù)字高程模型DEM 對邊坡進行檢測，在保證監(jiān)測邊坡質(zhì)量的同時降低了人工的參與度，保證了邊坡監(jiān)測的科學性和客觀性。

4.3 應用在儲量變化的監(jiān)測

礦山儲量和儲量變化是礦山開發(fā)和發(fā)展的重要決策依據(jù)，礦山在開采過程中主要目的是獲取足夠的礦產(chǎn)資源，所以礦產(chǎn)儲量就十分重要，針對其進行監(jiān)督，不僅能夠在發(fā)展過程中促進礦山開采效率的提升，還能避免礦山開采環(huán)節(jié)的無用功，所以在進行礦山開采的過程中，相關人員需要及時地掌握礦產(chǎn)的數(shù)量變化和礦山開采狀況。傳統(tǒng)的3S 技術在發(fā)展過程中需要進行大量的數(shù)據(jù)采集才能實現(xiàn)對礦產(chǎn)的動態(tài)監(jiān)督，在信息收集和傳遞方面的及時性存在欠缺，難以滿足現(xiàn)階段礦山開采行業(yè)的發(fā)展。將無人機傾斜攝影技術應用到礦山的產(chǎn)量監(jiān)測中，由于無人機傾斜攝影是借助三維模型實現(xiàn)的礦山監(jiān)測，所以就可以對每期DOM、實景三維模型對比分析，進而直觀地看出各個時期的礦山儲量，并且橫向對比出相關礦產(chǎn)在不同時間段的變化，方便相關人員第一時間掌握礦產(chǎn)信息，幫助礦產(chǎn)開采制定計劃，從而促進礦產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。

4.4 三維模型的構建

無人機傾斜攝影之所以能夠在礦山監(jiān)測環(huán)節(jié)迅速發(fā)展，主要是得益于傾斜攝影的三維模型構建，三維模型能直觀地展現(xiàn)出礦山的各項數(shù)據(jù)，對于礦山的監(jiān)測具有很大的幫助。在無人機傾斜測量環(huán)節(jié)，三維數(shù)據(jù)模型的建立取決于通過從各種角度傾斜圖像而執(zhí)行的一系列操作，相關人員通過幾何校正以及多視圖匹配等各種技術，對三維模型進行可視化處理，從而實現(xiàn)對三維數(shù)據(jù)模型的建立。在運用過程中，相關人員首先需要手動的進行像素點以及建筑物的人工拍攝，然后在發(fā)展過程中實現(xiàn)對相關環(huán)境精細化的測量，獲取更加精準的標志性建筑物信息。然后就是對礦山的三維地貌進行信息采集，由相關軟件處理之后再經(jīng)由專業(yè)人員進行質(zhì)檢。最后就是處理信息之間存在的缺漏和不足，針對各種問題進行整理和修復，這樣才能在監(jiān)測環(huán)節(jié)提升最終測量數(shù)據(jù)的準確性。

4.5 空中三角測量

在礦山監(jiān)測環(huán)節(jié)為了給測繪點提供絕對定向的控制點，一般需要進行空中三角測量，該技術是指根據(jù)少量的野外控制點，在室內(nèi)進行控制點加密，求得加密點的高程和平面位置的測量方法。在現(xiàn)階段的礦山監(jiān)測環(huán)節(jié)，由于場地以及氣候等各種因素的影響，測繪過程中難以避免受到外部環(huán)境的影響，就造成無人機在傾斜拍攝過程中無法滿足地面控制點的實際測量要求，進而影響測量的精準度。通過空中三角測量，就能夠通過一些軟件的配合，精確估計圖像外的定向元素，消除干擾因素，針對與測繪精度不符合標準的問題能夠做出有效彌補。不僅在很大程度上提升了監(jiān)測的精準度，還有效規(guī)避了地形對監(jiān)測造成的影響。

5 結語

在現(xiàn)階段社會的發(fā)展過程中，出于工業(yè)發(fā)展的需要，礦山開采的重要性就不斷提升，由此推動了礦山監(jiān)測行業(yè)的發(fā)展。隨著現(xiàn)階段礦山開采需要注意的事項越來越多，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術已經(jīng)不適合現(xiàn)階段社會發(fā)展的需要，就要求相關人員將無人機傾斜攝影技術運用到現(xiàn)階段的礦山監(jiān)測中，就能夠在效率和質(zhì)量方面滿足了現(xiàn)階段礦山監(jiān)測的需要。