基于無人機傾斜攝影技術的礦山地形精準測量方法

康一鳴

（山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013）

隨著社會經濟的快速發展，人類對于礦物資源的需求與日俱增，以往由于對礦山開發攫取的不當，使得礦山地質災害增多、礦山地形劇烈變化，因此對于礦山地形的精準測量變得尤為重要。近年來，無人機傾斜攝影技術逐漸用于礦山地形的測量，無人機航拍成本較低、且操作便捷、省時省力、大比例尺高精度、設備維護簡單，無人機傾斜攝影將使礦山3D立體地形圖精確地展現出來，并且能快速形成3D立體模型，而且此技術能時刻掌握礦山實時地形圖與采礦最佳路線，從而保護礦山、減少潛在地質危害，確保施工人員安全、提高施工效率[1]。

1 無人機傾斜攝影技術測量礦山地形方法設計

（1）礦山地形圖測繪系統研究。無人機傾斜攝影技術，通過在無人機上搭載多臺拍攝設備，與地面垂直角度拍攝的影像資料叫做正片，與地面形成夾角的拍攝下來的資料叫做斜片，將多組影像通過建模軟件和計算機的數據統計、整合，生成點云，點云構成網，網構生成有紋理結構的三維模式，即3D建模。

3D建模是無人機傾斜攝影技術測量礦山地形的主要方法。即通過校對相機像素、統計測量數據、圖像整合構建3D模型，將礦山攝影的各項數據整合成3D模型，從而繪出真實礦山場景。除了繪制出真實3D圖，無人機傾斜攝影技術還能與GPS定位系統結合，將礦山各個路況線路精確到厘米。如圖1所示。

無人機傾斜攝影技術有效地彌補了傳統實地拍攝繪制地圖的缺陷，而且提高測量結果的精確度，并能掌握路況實時信息。應注意一點是，技術操作人員應將航拍設備組裝好，遙控無人機時，需細致查看各個路況信息，做到不漏拍礦山信息。

圖1 拍攝流程示意圖

（2）空中三角、點位數據測量。無人機傾斜攝影技術空中拍攝飛行高度需達到260米，絕對高度550米，無人機搭載相機焦距20.2毫米，測試區域面積5.5平方千米，同時保證航拍測量時50%側向重疊和85%橫向重疊的拍攝標準。采用Gee-Fly-X9固定翼無人機，安裝5個攝像機，相機型號如表1所示

表1 Sony a4500相機參數表

運用精準焦距相機需拍攝800張以上相片，以此滿足復原礦山建筑物、植被、河流等物體便面紋理的需要。利用SIFI計算機提取相片上的特征焦點并獲取相應的Aijnchbor，根據POSE提取的重疊關系圖整合為一個立體模型，對每一對Aijnchbor進行圖片比對，然后消除差異。在視覺軟件場景中，估算出稀疏點云的相對位置，結合POSE算出每一處建筑物的坐標，然后通過DLE（Diser Losdfer Eioter）晶點計算機獲取真實物體點云位置。

2 仿真實驗

為了確定無人機傾斜攝影技術對礦山地形精準測量的實際效果，特設計仿真實驗，進行實際驗證。設計對比組和實驗組，令對比組使用傳統場地拍攝繪圖方式，令實驗組使用新無人機傾斜攝影技術繪圖方式，進行效果對比。

表2 對比數據表

（1）實驗過程。以某金屬礦為例，實驗組使用新無人機傾斜攝影技術繪圖方式，通過空中三角、點位數據測量，并連接GPS導航系統，設計航拍路線，組合建模軟件，獲得原始照片800張。并記錄相關礦山參數，如拍攝高度、斜拍角度、畫面重疊和特征點地理坐標等。獲得3D模型圖后，整理數據，繪制礦山地形圖。實驗將測量5次，每次繪制地形圖結果將對比10次。實驗對象包括山脊、植被、河流、建筑物等多項物體。實驗組和對比組測量結果如表2所示。

（2）實驗結果分析。根據表2可知，無人機傾斜攝影技術僅用1.5個小時就完成了實驗數據測量，而傳統實地拍攝耗時長。無人機傾斜攝影技術有效地得出了精確的森林覆蓋面積，統實地拍攝統計的結果不精確。無人機傾斜攝影技術精確了建筑物之間的能見度，使礦山挖掘策劃書更精準，準確定位到挖掘地點。在數字影像圖和高分辨3D成像的基礎上，礦山整體地質、路況信息將精確到小數點后兩位，通過無人機拍攝技術測量礦山地形，為采礦提供了更多可行性和可選擇性，并增加地形地貌繪圖的精準度，使地圖空中覆蓋面積增加。傳統的場地拍攝測量數據不準確，路線的選擇性小。在無人機傾斜攝影得到的數據結果中，繪制地圖比例尺精確度有大幅度的提高。

3 結語

綜上所述，通過無人機傾斜攝影技術測量的礦山地形數據具有更高的準確性、真實性、時效性，在無人機傾斜攝影技術與GPS導航系統結合應用后，將掌握實時礦山地形信息，并能提供真實生動的場景圖，3D建模方便礦山采掘計劃的建立。在未來，無人機傾斜攝影技術將普遍應用于多種測量類企業。