基于無人機傾斜攝影技術礦山地形精準測量方法分析

劉 虎，郭 鵬，杜 沖

礦山測繪是對礦山進行建設及資源利用過程中的基礎工作，傳統礦山測繪過程所需測繪周期時間較長，并不能滿足當下礦企對成圖速率的基本要求，這對礦山開采效率造成了普遍影響，而伴隨人工智能、衛星定位、移動通訊等技術的不斷發展，無人機傾斜攝影測量技術，在進行礦山大比例尺地形圖繪制過程中，開始得到越來越廣泛的應用。

1 無人機傾斜攝影測量技術概述

在礦山資源開采過程中，在開采前即需展開全面的礦山測繪工作，以便獲取盡可能精確的地質參數，對開采效率及開采質量的提升意義重大，也能夠推動礦山開采工作的數字化及專業化發展。過往礦山測繪時，大量應用手工測繪技術，這樣一種測繪方式難以保證效率和準確度。無人機傾斜攝影測量技術隨之被大量應用，這一技術是指在傳統無人機攝影技術基礎上，從多個角度進行攝影測量。該技術最早在建筑垂直面紋路信息獲取中被應用，而伴隨無人機技術、圖像匹配技術、北斗衛星導航技術的同步發展，當下無人機傾斜攝影測量技術已被普遍應用于公路及礦山測繪的各個領域，利用這一技術具有的大范圍視角及對數據的高效處理能力，能夠實現區域網絡聯合平差處理及多視角拍攝匹配等技術間的相互融合。

2 無人機傾斜攝影技術的測繪流程

相比于傳統攝影技術，無人機傾斜攝影技術攝影角度及攝影范圍更大，故而能從多個角度獲取礦山的真實地形地貌，也能實現人力物力投入的大幅縮減，應用該技術時，需首先在測繪前期進行實地考察，工作人員需對大體的礦山測量范圍進行確定，再以無人機實拍的方式，來調節拍攝分辨率，以達到最佳的分辨率效果，而為規避礦山信息不全問題，礦山拍攝范圍相較于實際范圍常常更大一些。其次應對航拍路線進行確定，在無人機控制軟件中進行拍攝分辨率、航拍高度等信息的錄入，在結合考察信息進行綜合計算后，再具體確定航拍路線。而在展開具體測繪工作時工作人員需分別在無人機上搭載傾斜角度、垂直角度的傳感器，并對收集而來的飛行方向、拍攝方向、拍攝角度、具體圖像等數據展開記錄及整理，并在測繪技術后，由專業人員對航拍信息進行具體處理，以繪制三維模型的方式，為后續具體分析做好工作。

3 基于無人機傾斜攝影技術礦山地形精準測量方法分析

3.1 充分了解測繪區域狀況，合理確定測繪時段及測繪軌跡

獲取完無人機的拍攝信息后，工作人員需對測量結果展開評價與分析，而檢查點結果的是否準確很大程度上決定了評價的準確性，故而在應用無人機展開航拍工作時，獲取的所有數據均需借助檢測檢查點合格及完成程度來展開篩選，在檢查點位置同要求相符，航拍完成情況同預期符合時，相關數據才能得到具體應用。而相比于傳統直拍方式，無人機傾斜攝影拍攝能夠將需要進行測量的礦山地質信息，以數據及圖像相結合的方式展開呈現，并能夠建構礦山的相應三維模型，這對后續礦山開采技術的應用及礦山開采主義事項的具體確定，裨益頗大。除此之外，無人機航拍測繪還能顯示礦山的面積、長度、寬度及可以進行施工的范圍，這將推動開采團隊施工效率的大幅提升，實現人力物力資源投入的大幅降低。而傳統直拍測繪方式只能獲得礦山的二維數據，應用無人機傾斜攝影技術后，一方面能獲得更多種類、更為精確的礦山二維數據，另一方面能夠以三維模型的方式，幫助工作人員更為精確地展開分析、更為全面地制定礦山開采方案。

借助無人機傾斜攝影技術帶來的高清圖像及多類型數據，管理人員能夠更為清晰地掌握礦山地形及地勢特點，進而能夠獲得更為完善的礦山開采程度、范圍資料，這對礦山自然環境保護、礦山土地開墾工作均意義重大。應用該技術，同樣能讓工作人員有效規避礦山開采存在的安全隱患，能讓安全風險及測量成本同步降低。而該技術也存在著后期信息同圖像契合程度不高的問題，這要求工作人員促進數據分析準確性的提升。而在三維建模存在局部缺失的情況，工作人員可以二次航拍對位置信息進一步獲取或是手工拍攝的方式，對相關內容展開填充。無人機傾斜攝影技術的硬件設施也在不斷發展，其現今存在的電池續航能力不足問題，正在迅速得到完善。對無人機傾斜攝影技術進行實際應用過程中，該技術對氣候環境條件要求較高，需選在氣候溫和、晴空萬里的天氣，而無人機起飛降落區域，應當確保在主要機場區域15km 以外，以避免對飛機起降造成干擾。

在無人機任務開始前，應當對測繪區域狀況充分予以了解，并依照無人機的相關參數指標，科學化、合理化確定飛行時段及飛行軌跡，以便展開更為有效的傾斜攝影工作，在制定好的拍攝控制點、加密點坐標，展開智能拍攝，以確保能夠獲取對應的傾斜影像資料。同時應當保證數據準確在測繪區域內完成采集，再展開測繪預處理工作，工作人員應當將選取拍攝而得的傾斜影像，在虛擬影像中進行反投影，以最大程度上降低地面突出物的重影問題。工作人員可通過對測量相片進行控制的方式，確保礦山測繪精確程度的提升，例如應依照有關規范，對布設控點嚴格進行控制。這時應對下述幾方面事例予以重視，首先應依照測繪區域的實質地形地貌，將測繪區域劃分為若干測繪分區，像控點應當在圖輪廓線之外進行布置，在常規情況下航空基線應當在1條以上，旁向應當大于100m，在航線兩段控制點間偏離半徑長度應當在1 條基線的一半以下。同時應當基于測繪區域的地形地貌特質，對像控點位置進行選取，應當保證選取容易識別、不具有爭議的位置，例如具有明顯標識性的房角及建筑物等，如若像控點在山頭進行選擇，則應當選取平頭山或是地形不發生起伏變化的位置，以實現測量精準度的提升，如若像控點高度變化較小，也能促進測量精準度的大幅加強。在對像控點進行布設時，不應選取存在植被區域或是在高大建筑物的拐角位置，在這些位置進行布控容易發生視線遮擋問題，進而使得測繪精度發生下降，也不應在大面積水域位置布置像控點，而應當選取交通便利的位置，以實現對數據的更好保存。

3.2 做好拍攝盲區的補測工作，構建完備信息管理系統

而從整體層面來看，在進行測繪時，外界環境對測繪的影響某種程度上是不可避免的，例如植被等相關因素，這些因素使得實際傾斜攝影過程中，無人機的攝影質量難以符應地面控制點測量的實質需要，同時亦會有測繪盲區的出現，這會導致測繪預想效果的難以實現，這一過程中，可應用空中三角加密及校正技術、應用三角加密進行處理及校正，能夠對測繪精度不達標的問題有效進行處理，這一技術的特點是，能夠對影響元素進行準確預算，再通過各軟件的互相配合，有效剔除干擾因素，來一方面促進測量精確度的提升，一方面對地形條件不好情況下，對區域航測結果有效予以改善，在做好空中三角加密處理工作的前提下，可依照礦山測繪的輸出需求，輸出DSM、DEM、DOM 等相關模型。

而三維數據模型及采集數據體系的建立，則依托于對多角度傾斜影像進行處理的一系列操作，這些操作主要包括聯合平差、幾何校正、多視匹配等，并在最后將三維傾斜模型展開可視化處理。在對三維數模型可視化建立后，以軟件處理可對測繪區域的相關地形特征，準確予以獲得。信息采集工作的進行，應從下述三個方面著手，首先應以人工方式手動完成相關基本測繪任務，例如建筑物、像控點等，均需手動進行影像拍攝，以盡可能提升測量精確度，對于地貌三維信息等內容應以自動提取方式進行，并需落實好高程注記點、測繪區域等高線等有關數據采集工作，這些工作可依靠平臺處理軟件進行，但還需測繪人員在后期進行人工整飾及調整，以便更好投入使用。而為實現測量數據精準度的提升，應當對要素遮擋問題進行處理，為此應補充測量相片資料信息內的遮擋區域。同時應落實好調繪及補測工作，利用無人機進行傾斜攝影時，難免存在拍攝盲區問題，這些拍攝盲區大多數存在于植物茂盛、建筑物遮擋區域，故而應在進行后期圖像處理時，標注好建筑物及植被遮擋區域，以便及時進行調回及補測工作，在這一前提下，在確認地物、高程標準過程中，也應對不確定區域或復雜區域進行標注，再展開進一步的補測及調繪工作，以促進測繪精準度的大幅提升。

在無人機傾斜攝影技術的支持下，可建構起完備的信息管理系統，并將礦山地質條件、地理位置、氣候條件等相關信息納入其中，以此形成具備龐大數據存量的信息庫，通過建立信息管理系統，可進一步為礦山開采工作的進行提供相應信息參照，以實現開采思路的優化，常規來說，礦山具有復雜的地理環境，故而在進行信息采集時難度較大，無人機傾斜攝影實現了對這一問題的良好規避，借助無人機傾斜攝影技術的支持，工作人員只需以技術為依托，對高清遙感影像進行傳輸，便可實現對礦山地形地貌的深刻分析，并可建立起科學相的數據模型，以供決策人員更好展開相關事項的決策。礦山開采人員同樣可依托數據模型，對各開采事項進行明確，同時建立針對性的預防及解決措施，以對各種潛在風險進行規避，確保礦山開采的基本安全。將無人機傾斜攝影技術應用在礦山地形信息檢測的過程中，應當對檢測礦山區域的各信息，進行完備且真實的收集工作，對礦山區域面積、礦山建筑物分布、礦山植被覆蓋情況等內容，充分予以了解，在掌握實際情況后，再依照航測要求進行航測圖設計，合理規劃無人機的航測路線。進行無人機傾斜攝影時，航線的合理性至關重要。為此應從航圖著手，具體細化航測線路、航測方向、航測分辨率等內容，以為無人機航測工作的進行保駕護航。而為確保無人機航測數據具備可信度，還應當對數據統計工作充分予以重視，并應確保航線圖設計的合理科學，同時需注重對其他技術予以輔助應用，例如應用GPS 技術進行精確定位等。在進行航線設計時，應當嚴格依照航拍區域規劃、現場勘測、航線規劃、數據勘測、數據匯總、數據處理、數據分析的基本流程，以確保航測工作的循序有效開展。

3.3 注重依地形地貌調整像控點布控，做好畸變參數修正工作

而在完成無人機傾斜攝影工作后，也應對測量結果展開加密處理，在進行具體操作時，主要應用空間三角測量技術，這一技術在數碼攝影、控制點較小的情況下被普遍應用。在空間三角測量技術的應用下，對礦山地形數據構成影響的外部元素及所有加密點的地面坐標，均可良好進行處理，而在對數據進行采集及計算分析的情況下，可通過粗差檢測及平差計算功能，促進無人機傾斜攝影數據精確性的提升。相比于傳統攝影方式，無人機傾斜攝影具備尺寸小、機動靈活、對起降場地要求低、飛行審批手續簡單等特質，在數字礦山構建、環境監測治理、災害監測預防、地理國情普查、應急指揮等工作上被廣泛應用，無人機傾斜攝影技術能夠從多角度出發，對地物頂部信息及側面信息進行同時采集，能夠取得完整的紋理數據及定位數據。而其相比于無人機垂直攝影，在技術優勢上主要體現在下述幾方面，首先是實現了多角度、多方位進行實時動態拍攝的目的，使得礦山測繪工作能夠由二維轉向三維，進而為智能化礦山的實現提供了可能。其次是分辨率較高，無人機傾斜攝影技術應用多個無棱鏡頭，達成了多角度多方位拍攝目的，促進了影像資料分辨率、精確度的進一步提升。其三在于促進了測繪盲區出現概率的降低，同時因其能在短時間內獲取大面積影像資料，實現了測繪人員外業作業工作量的減少和測繪周期的縮短、測繪成本的降低，具有突出的經濟優勢。

而在進行像控點的布設時，應注重依照地形地貌變化展開調整，在地形地貌較為復雜的情況下，應當提升像控點密度，在平坦區域及幅度較小區域，則可適當降低密度。如若測繪區域需劃分子區，則像控點一般在圖輪廓線外進行布置。在對礦山測繪區域圖像數據進行獲取后，應當加強對圖像數據的預處理工作，對圖像數據展開失真校正、旋轉、增強亮度、均勻光等系列處理工作。并進行航拍三角加密測量，以將航拍過程自動存儲的POS數據用于解決問題，并得到更為準確的測量結果。在完成數據處理工作后，可以生成對應的DEM、DOM、DSM 等相關產品，但由于遮擋等其他因素影響，為進一步對數據質量進行確定，應當進行現場調查及補充調查工作，這一工作通常應用全站儀進行，在對攝影區域的空白及爭議部分進行標記后，再及時開展現場補充繪圖及調整工作，對于不確定區域及復雜區域應進行分類及標記，并結合現場情況進行核查。而在部分情況下，地形圖的測量及制圖進度會有偏差情況出現，故而需應用有效精度檢測方法，來對地形圖進行檢查及測量，故而，展開無人機傾斜攝影工作時，應當設置好多重散射檢測精度，并應對不存在攝影差異的測量區域，靈活予以選擇，也只有通過多次的誤差測量及校正工作，才能保證地形及測量圖的準確性，以規避較大偏差的出現。完成無人機攝影工作后，需要對攝影數據進行處理，以為后續工作做好鋪墊。

相比于傳統攝影技術，傾斜攝影能夠基于多個角度，取得待測目標的相關信息，而這一特點也使得數據處理工作規模擴大，多角度數據則能夠向數據處理工作提供更多參照。傾斜攝影通常具有預處理機制，這一機制可在完成拍攝后對數據進行簡單處理，并可對捕獲到的無效數據進行清除，實現了POS 后數據處理難度的有效降低，促進了數據處理速度、處理準確性的提升。測繪工程水平的關鍵點在于數據質量，在完成無人機拍照工作后，需要對POS 捕獲數據進行處理并對GPS 數據進行分析，以促進數據不連續部分的完成。傾斜攝影獲得的數據，在不連續部分上更少，也具有更高的信息密度。而傾斜攝影過程中，為保證坐標具有一致基準，可通過對測繪基準服務平臺進行應用，實現測量成果的轉化，促進像控點高程向國家高程轉變，而原始航片采集過程中，通常應用電動固定翼無人機，并對傾斜航空鏡頭組予以搭載，而因為部分礦山，具有地形起伏較大的特點，故而應當促進航攝重疊度的適當提升，以便減少航攝漏洞的發生，還需在確保礦區范圍被完全包括的情況下，落實好對周邊區域的航攝工作。而在無人機航攝任務設置完成后，應保證做好飛前檢查，確定飛機狀況、氣象條件都滿足起飛航攝要求，再進行起飛事項。而由于無人機攜帶相機，通常并非專業量測相機，故而常常有較大鏡頭畸變發生，故而應當應用計算機軟件，在后期通過畸變改正參數進行處理，對航飛原始數據進行修正。

4 結語

新的社會經濟條件下，應用無人機傾斜攝影技術能夠大幅提升對礦山地形的測量質量，同時能夠有效減少勞動成本投入，工作人員應當從實踐經驗出發，對該項技術靈活予以應用，在保證安全性前提下做好礦山地形測量和數據處理工作，以為礦山開采提供有效指導。