貼近攝影測量技術在地質工程中的應用探析

靳巧珠

（天水三和數碼測繪院，甘肅 天水 741000）

貼近攝影測量技術的基礎是傾斜攝影測量技術。傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發展起來的一項高新技術，該項技術由于其高分辨率和高真實感，能真實立體的還原地表實際狀況，在大比例尺地形圖測繪、地形規劃，防災應急保障、日照分析，控高分析，攝像頭監控，地質工程一體化，淹沒分析，地質遺跡的保護、景區展示等方面有廣泛的利用前景。

1 貼近攝影測量技術概述

貼近攝影測量是針對精細化測量的一種技術方式，該項技術最初應用于礦山滑坡、危巖、地質監測、水利工程等應急測繪。和遙感技術、無人機航空攝影技術相比，貼近攝影測量是使用貼近物體表面（攝影距離為5m～50m）攝影獲取超高分辨率影像的無人機測量技術，它具有超高的空間分辨率和360°無死角的觀測視角。

多旋翼無人機機動靈活、安全易操作、影像成果分辨率高等特性是貼近攝影測量實現的重要技術基礎。而航線的規劃則是貼近攝影測量成功實施的重要技術環節。

2 案例選取

貼近攝影測量的對象大致可以分為四類：近似垂直的立面、斜坡面、柱體或近圓形建筑、常規工程建設。本文選取礦山地質勘查區域為案例對象。地質施工勘查區域位于甘肅天水東南的麥積山上，該地區地質結構較為復雜。該研究區域的海拔高度在1100m到1500m之間，氣候的特點是寒冷、干燥、晝夜溫差較大。這一區域的主要礦產種類是錫銅鉛鋅銀，主要的開采方法是地下開采。因地形限制，傳統的傾斜攝影方式無人機航高較高，獲取的影像分辨率較低，地質結構成像的三維模型不夠清晰。因此需要貼近攝影測量補充拍攝。

3 貼近攝影測量作業流程

針對不同的作業對象，貼近攝影測量的作業流程也有所不同。但基本都遵循一個由“大”到“小”，由“粗”到“細”的過程。所謂大，是說在作業前必須要有該測區的大致地理概況的數據，一是準確提取無人機的起飛點、降落點；二是判斷航飛范圍內有無高大樹木、凸起巖體、高壓電線等障礙物，排除航飛安全隱患，為無人機航飛提供安全保障；三是為準確規劃航線提供基礎資料。所謂“小”，是說航飛的對象是大的地理環境中的某個點或某個面。

基礎數據、軟件、硬件設備準備完成后即可實施貼近攝影測量工作，其整個作業流程如下圖：

圖1 地質工程貼近攝影測量流程

4 貼近攝影測量實施過程

貼近攝影測量的實施是一個流程化、精細化的過程。實施過程可以分為三大部分：航線規劃、航攝實施、內業數據處理。

4.1 航線規劃

以選取的案例來對航線規劃做具體說明。在本次作業之前，已收集了麥積山的傾斜攝影實景三維模型、高精度點云等基礎數據，利用嘀噠好圖的無人機訂單平臺來做航線規劃。

圖2 貼近測量航線規劃

4.1.1 確定范圍

因為礦山地質勘查區域處于一個直立式懸崖上，航線規劃的對象要選擇立面。在軟件的拍攝方式選擇界面選擇立面，加載已有的點云數據，在崖壁的左下角、右下角、崖頂量測三點，提取三個點的坐標，確定航拍寬度及高度。因為麥積山崖下地形起伏大，樹木茂密，在定崖下點的時候著重考慮離地距離，確保飛行安全。

4.1.2 生成航線

航線一般利用軟件自動生成。在平臺中已加載的點云數據中選擇一個離航拍對象較近且空曠的位置一作為無人機起飛點，設置無人機拍攝方向、距離立面距離、數據采集精度、旁向航向重疊度等參數后點擊進行航線計算自動生成航線。

4.2 航拍實施

無人機的選擇是貼近攝影測量實施的一個要點，無人機要盡量輕巧靈活，便于操控。在無人機選擇方面，本次作業選擇了大疆精靈Phantom 4 RTK，這款無人機小巧便攜，又有厘米級的導航定位系統和高性能成像系統。作業難度和成本低，精度和效率高。本次無人機航拍時距離礦山地質表面僅20m，對無人機航攝來說這是一個相當有挑戰性的距離。

4.3 實景三維模型生產

航空攝影的數據處理選擇了自動高效的ContextCapture軟件進行空三加密及三維模型生產。在具體地質施工作業過程中，首先對貼近攝影測量的航拍數據進行空三加密，加密完成后在已有的傾斜攝影測量三維模型成果上提取貼近攝影測量同名點坐標，將這些同名點坐標當做控制點，導入貼近攝影測量空三工程中并轉刺。內業數據生產的具體流程如圖3所示。

圖3 內業數據生產的具體流程

5 技術要點及難點

貼近攝影測量的技術要點和難點基本上是相伴而生，要點同時也是難點。下面是在本次測試中遇到的難點。

5.1 貼近攝影飛行姿態的確定

貼近攝影測量不同于常規攝影測量，它與傳統正射攝影測量的區別是投影面并非為水平投影面，其對象是各種或豎立或傾斜的面，這就決定了飛機的飛行姿態可能不是平行于地面飛行。對于豎直平面需要垂直于地面爬升飛行，對于類似于塔的柱體對象，需要環繞加爬升的飛行方式。

5.2 貼近攝影測量航拍實施

貼近攝影測量距離被攝對象距離小，加大了航拍的難度和危險性。這就對無人機操作員有較高的要求，最好是由經驗豐富的操作員參與前期的航線規劃、起飛點的選擇，從源頭上排除風險。在本次測試中，礦山下樹木高大茂密，同時，礦山地形較為復雜，航拍難度較大。本次負責航拍的無人機的操作員有多年的航拍經驗，在航線規劃時就避開了礦山底及礦山頂的危險區。

5.3 貼近攝影測量數據與傾斜攝影測量數據融合

貼近攝影測量的成果是一種分辨率極高的實景模型，但成果面積一般較小。相對于貼近攝影測量模型成果來說，傾斜攝影測量生產的三維模型精度較低，但面積大，范圍廣。因此，貼近攝影測量的三維模型成果需要與傾斜攝影測量成果進行融合。通過兩種模型成果的融合來提高模型的精細程度和整體展示效果。

6 結語

通過本次案例的實施可以看出，貼近攝影時無人機和被攝隊形的距離特別近，因此航攝時存在一定的安全隱患，但風險與機遇并存，高風險的航飛帶來的是前所未有的高精度實景三維模型成果。本次案例得到的高精細三維模型是其他技術無法比擬的。總體來說，貼近攝影測量具有以下特點：

（1）貼近攝影測量的影像投影面是與被攝面平行的任意面（并非水平面）。

（2）航攝時航攝相機垂直于任意被攝物體面，同時可根據物體形狀動態調整。

（3）貼近攝影，顧名思義即近距離攝影，可獲得mm級分辨率的影像。

（4）需要被攝物體的初始形態，提前獲取攝區大致的三維場景，以三維模型為基礎規劃貼近航攝的航線。