基于無人機三維建模技術在礦山中的應用

王翰釗

（河南測繪職業學院，河南 鄭州 450000）

在礦產資源勘查和開發時會使用大比例尺地形圖，不光可以準確地對工程進行定位，還可以對資源儲量進行預估。并且大比例尺地形圖中具有較為詳細的地形要素和地理信息，在現代化的三維礦山建設中有著較高的地位。但是對于傳統的地形測繪技術來說，其測繪時間較長，工作量比較大，成圖率低，導致在信息時代中逐漸被新型測繪技術取代，尤其是無人機測量技術。使用的傾斜攝影測量技術能夠將工作效率提升，快速成圖，精準度更高，在成本較低的情況下測繪出大比例尺地形圖，為礦山測繪帶來更多的幫助。

1 無人機傾斜攝影測量技術及測量要求

1.1 無人機傾斜攝影測量技術

信息技術快速發展，促使無人機傾斜攝影測量技術廣泛使用在礦山工程開發當中，能夠為測繪工作提供技術上的支持。和傳統的測繪技術進行對比，此項技術具有更加完善的功能，實用性也有所提升。在測量時，能夠和無人機完美地結合，提升工作效率。并且還能夠在環境較為惡劣的情況下完成測繪工作，精準度也比較高。在實際使用中，傾斜影像會呈現較多具體的信息，使用貼紋理的方式建立對應的模型，工作人員可以對其觀察，全面地了解礦山信息。而不同點位一般代表著不同的空間坐標，這些坐標顯示出測繪的礦山紋理[1]。此外，在此過程中工作人員還可以使用此項技術的配套軟件，將其作用發揮出來，收集和傳輸數據的時候提升效率，實現自動化。再加上傾斜攝影測量技術的成本較低，操作更為方便等優勢，受到了更多技術人員的關注，滿足礦山測量的實際要求。

技術人員使用此項技術時，需要根據傾斜攝像機完成測繪的工作，這就說明此項技術的使用對設備要求比較高，尤其是鏡頭方面。對于攝像機來說，不同型號的鏡頭所呈現的精確度不同，所以在選擇鏡頭時，操作人員需要根據礦山實際情況進行針對性地選擇。而不同的圖像所使用的攝影方式也并不相同，不管使用的是哪一種方式，在測量的時候均需確保像素達到3500w以上，此時才能夠在測繪中獲得更高精準度的圖像。測量時，操作人員不要長時間使用一個標準進行像素的控制，應該保證所使用的技術能夠符合現階段的測量需求，并時刻更新升級技術。為了提升無人機飛行時間，一般會使用大容量的電池，避免在沒有完成測量時便出現電量過低的情況，也可以保證飛行過程中不會受到周圍環境的電磁干擾，減少故障的發生。如果是在特殊的條件下測量，無人機能夠保證自身工作時間不少于九十分鐘。并且在每一次進行測量工作之前，工作人員會對電池進行檢測，保證工作可以順利開展和進行。在平時也會做好設備維護工作，避免在使用時發生故障[2]。

1.2 技術要求

使用無人機傾斜攝影測量技術的時候，因為對無人機飛行有著較高的要求，所以在制定飛行計劃和使用技術前應該注意以下幾點問題：

首先，保證無人機可以平穩飛行。對于此項技術來說，無人機飛行得越平穩，那么獲得的影像質量也會更高。所以在飛行時一般會選擇較好的天氣，這就要求提前觀察礦山的氣象資料，最好選擇在5月到7月少雨的時間。

其次，重視氣候的變化。在氣候較為良好的環境下合理選擇時間，一般為早上10點到16點進行工作。

最后，重疊度的調整。航向和旁向的重疊度應該根據所測量地區的地質變化和特征進行調整，保證所獲得的數據和影像更為準確。

2 無人機傾斜攝影測量技術的優勢

2.1 呈現多樣化的數據

無人機傾斜攝影測量時能夠在不同角度測量，最大程度上滿足工作人員對于測繪的需求。在利用此種方式時減少了測量的次數，并且獲得數據也更加的直觀，這是傳統測繪技術無法做到的一點，不能對礦山進行全角度的測量，獲得更為準確的數據。而在使用傾斜攝影后，采集的單張影像都含有較多的數信息，讓工作人員在不同的角度對礦山實際情況分析，讓數據多樣化地呈現出來，掌握具體的信息和狀態，解決了傳統技術測量結果局限性的問題。

2.2 展示更加直觀的信息

傳統技術一般為直拍，傾斜攝影技術在拍攝的時候多個角度地呈現礦山具體地質情況，讓工作人員根據圖像了解礦山，也可以分析其中獲得的數據信息。并且使用此項技術所形成的三維模型，為后續開采時選擇技術和確定注意事項奠定基礎。除此之外，還可以準確的顯示礦山的總體面積和長度等，讓開采團隊的施工效率有所提升，降低人力的投入。

2.3 測繪水平更高

使用技術的時候，會對所處地區周圍的情況進行一定的了解和監測，監測后得到的數據信息做預處理的工作，找到錯誤并將其消除。并且在預處理之后會將信息傳入到對應的系統中，分析計算，得到更為準確的測繪信息。這種自動化的測繪流程和技術能夠減少因為人工因素出現錯誤的情況，并將人力資源消耗降低，提升測繪的水平。

2.4 提升開采工作效率

利用無人機傾斜攝影測量技術，最大的優勢就是將工作的效率提升，主要為以下幾方面內容：第一，在實際使用中，工作人員可以通過所獲得的信息確定礦山開采可能出現的風險，提出解決措施并對其有效規避，減少安全事故的發生；第二，和傳統的技術進行對比，此項技術獲得的信息更加準確，信息量也更大，三維成像技術將礦山信息更加具體的展示在人們的眼前，根據這些數據可以對礦山的開采做出一個更為詳細的規劃，讓其在開采中有較強的科學性；第三，在無人機傾斜攝影測量技術不斷發展中已經和高分辨率拍攝技術有效地結合，能夠提供更為清晰卻具有較高重疊度的礦山圖像，開采計劃更加完善，最終提升開采工作的效率。

2.5 減少測繪成本

無人機傾斜攝影測量技術還可以在使用當中節約技術和人力成本。實際測量時，自動化技術的使用降低人工成本的同時將精準度提升，避免進行較為復雜的建模工作。而在傳統的測繪中，需要工作人員對其測量，此時可能會出現數據資料丟失的情況，測量所得數據精準度也不是很高，這就會出現數據偏差，影響較大。使用無人機之后，利用通信網絡將所測量的數據傳輸和保存，在第一時間上傳數據，實現數據共享。所以這種技術對于礦山測繪來說，節省了人工和技術上的成本，滿足測量信息的需求[3]。

2.6 提供礦山管理依據

對于管理人員來說，在使用此種技術之后所獲得的高清圖像和多種類型的數據能夠成為分析礦山地形特點和地勢的依據，掌握更多和礦山相關的情況，從而在進行礦山開采程度和范圍管理與研究工作中有更多的資料和依據，能夠起到保護生態環境和合理開墾礦山土地的作用，也將管理工作效果提升。

3 無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中的應用

無人機傾斜攝影技術在實際測量的過程中可以為礦山開采工作提供更為全面的數據和信息，讓礦山的質量檢測滿足人們對其方面的要求。而此項技術在使用時可以對礦山周圍的環境準確的拍攝和檢測，明確其中出現的問題，保證施工的時候減少外界因素對其產生的影響，將勘查工作的質量和效率提升。飛行的時候進行低空拍攝，直接呈現所需要的數據信息，實現現場管理和控制，并將礦石安排在更加合理的位置當中，減少局部超載情況的發生，對地層影響較小。此種技術滿足礦山開采的要求，所以應該廣泛使用。

3.1 使用技術測繪前規劃準備工作

在對礦山開采之前，工作人員需要對礦山的整體情況有一個詳細的了解，此時就會開展測繪工作，收集數據和勘查，制定更為合理的開采方案。無人機傾斜攝影測量技術使用在方案設計中，能夠讓無人機到海拔較高和復雜地形地貌等位置收集數據，并將其傳輸到計算機當中繪制出礦山的地形圖，最終完成具有高精準度的測繪工作。而在這之前需要做好實地考察的工作，保證測繪功能可以順利開展。工作人員需要確定測量礦山的范圍，并且使用無人機來進行試拍，調節分辨率和選擇鏡頭，讓其能夠得到高質量的影響。此外，為了避免所獲得信息不全的情況發生，應該將確定拍攝的范圍擴大，確保后期的開采工作能夠正常進行。

之后需要確定礦山的航拍的路線。在完成確定測繪范圍并獲得實際的信息之后，需要將所有的信息整合和分析，使用無人機控制軟件，將拍攝的分辨率以及航拍的高度等數據填入其中，讓軟件生成無人機拍攝路線，保證全方位地對周圍進行拍攝。最后做好飛行前的測試工作。工作人員需要使用無人機傾斜攝影測量技術進行測量前的飛行等測試工作，在無人機上安裝傾斜和垂直角度的傳感器，并在試飛的時候整理所獲得的數據，將其記錄下來，分析飛行的質量，確定是否使用此種飛行模式。總體來說，工作人員需要在測試中明確飛行和拍攝的方向以及角度等，并將獲得的數據使用對應的軟件做好處理工作的測試，查看其是否可以獲得準確的數據，為之后的測量工作夯實基礎。

3.2 相片控制測量

相片控制測量和地面控制測量有著較大的聯系，也是將無人機傾斜攝影測量的精準度提升的關鍵。在相片控制測量中，像控點的布設十分重要，如果沒有合理的布設會降低影像的質量，并且在處理的時候使用空中三角加密測量技術也會對其產生一定的影響。雖然產生影響，但是控制三角加密測量的數據質量和像控點的布設密度關聯較大，也和測量地區的地形地貌的變化相關。所以在測量的時候，為了將無人機的工作效率以及影像數據處理的質量提升，會根據所處地區的地形來確定像控點布設的密度，如平原地區的密度可以降低，而在高山峽谷當中需要增加布設的密度。進行像控點布設的時候應該明確以下幾點內容[4]：①根據測繪地區的地形地貌將其劃分為多個地區進行測繪，并將像控點布置在圖輪廓線之外的位置上。一般情況下，航向的基線不能少于一條，旁向應該大于100m；②確定航線控制點的時候，其兩段的控制點偏離半徑長度應該是基線的一半；③認真分析周圍的地形地貌，并選擇對應的像控點。選擇的時候確定所有工作人員沒有任何的爭議，地區也容易識別，例如周圍有明顯的建筑物或者植物等；④像控點如果位于山頭的位置，應該選擇沒有較大地形變化或者是平頭的山，此時能夠將測量的精準度提升；也需要選擇像控點高度變化范圍比較小的地區，提升精準度；⑤像控點一般不會設置在植被較多的區域或者是建筑物拐角的位置，這些地方很容易遮擋視線，無法獲得更為準確的數據；⑥像控點一般會選擇有較大面積的水域，也應該選擇交通便利和信號強的地方，這樣可以讓所獲得的數據更為良好的保存。

3.3 空中三角加密測量技術

使用無人機獲得礦山影像資料之后，應該做好數據預處理的工作，如就整資料和旋轉、增光等。完成這些工作后，還應該使用空中三角加密技術進行測量。雖然無人機傾斜攝影測量技術能夠將垂直攝影技術進行完善，但是也只能夠獲得垂直方向的影像。除了這一點，在使用這項技術的時候可能會受到周圍建筑物或者高大樹木的影響，從而導致測量的時候出現盲區。而在使用空中三角加密技術之后，可以進行多個角度的拍攝，獲得全方位的數據，并提升準確性，減少測繪中的盲區。并且航拍的時候自動儲存信息數據并對其結算，獲得更高精準度的測量結果。

3.4 建立三維數據模型和采集數據。

多角度傾斜影像中的操作，如聯合平差、幾何校正等均是建立三維數據模型需要的技術，通過這些技術的使用將可視化的三維傾斜模型建立出來。建立完成后使用軟件進行處理，明確所測繪區域的數據信息，讓工作人員對周圍實際情況有更多地了解。而在采集數據的時候主要分為以下三點內容：首先，一般會使用人工手動來完成地物要素的采集測繪工作，例如像控點的確定以及建筑物等，均需要手動拍攝，這樣能夠將數據信息的準確性提升；其次，在地貌要素三維信息自動提取工作中，主要包括測繪區域和高程注記點等工作，這些工作均需要使用對應的平臺對數據處理。此過程應該在使用之前讓工作人員進行調整和測試，保證能夠在后期投入使用；最后，處理要素遮擋的情況。為了將測繪的精準度提升，應該對所獲得的資料信息中出現遮擋的部位做好補測的工作，保證獲得全方位的數據信息[5]。

3.5 外業測繪和補測

無人機獲得測繪信息之后，工作人員需要對獲得的結果進行評估和分析，明確其準確性。需要根據檢查點的結果確定準確性，所以航拍時所獲得信息均需要處于檢測點合格的狀態中，并檢查完成的程度，在符合要求的情況下才可以將這些數據使用。相關研究發現，在使用無人機傾斜攝影技術的時候，很容易在拍攝時出現盲區，一般情況下，如果是有植物或者是建筑物遮擋的地方很難獲得較為準確的影像資料。所以應該進行內業處理時將與之有關的地區標記出來，保證能夠在測量完畢之后做好補測的工作。并且在標注高程的時候，還應該保證標注不正確的區域重新測量，便于后期進行外業調查和補測的工作，此時才可以將測繪結果的準確性提升。

4 展望

在多次的研究和實踐當中可以發現，無人機傾斜攝影測量技術實際使用的時候可以提升獲得礦山周圍數據信息的速度。所包含的測繪區域的地物信息能夠建立成三維模型，讓工作人員根據模型制定礦山開發計劃，為其開發等工作提供更為準確的數據資料。而在信息技術不斷完善和研究中，數字化技術的研究方向已經成為了測繪技術發展的新方向。在測繪工程中，合理地融入智能化系統，讓工作人員根據工程實際情況繪制所需要的圖紙和計劃，提升測繪工程的效率。此時還可以減少員工的工作量，降低人工成本，這對于企業來說意義重大，也是之后研究的主要方向[6]。

也就是說，在無人機傾斜攝影測量技術當中，智能化是其未來發展的主要趨勢。在客觀角度分析，智能化的技術能夠滿足人們各方面的需求，并且將自身的作用發揮出來。使用在測繪工作中，智能化系統收集和整理相關信息，發現誤差較大時及時給出提示，讓操作人員在發現問題并解決，也可以重新進行測繪，保證數據更加準確，為之后的開采工作打下基礎。

5 結語

總體來說，礦山開采之前需要進行測繪工作，而傳統的測繪技術工作效率較低，也沒有較高的精準度。無人機傾斜攝影測量技術能夠減少人工因素對數據精準度的影響，并且使用智能化技術加快工作的速度，讓測繪工作更為順利地開展，獲得準確的數據信息，為之后開采礦山提供幫助，促進礦山企業的發展。