基于無人機傾斜攝影技術礦山地形精準測量方法

馬存富

（云南金沙礦業股份有限公司濫泥坪公司，云南 東川 654103）

傳統的測量礦山地形的方式收到了無人機傾斜攝影技術的沖擊，立體的礦山地形影像數據通過無人機多鏡頭攝影可清晰地展現在我們眼前，無人機攝影生成自動的三維立體礦山數據，使得地理信息的提取、處理和運用都更加便捷。無人機傾斜攝影因其豐富的信息量、直觀的影像信息、三維立體模型而受到歡迎。在測量礦山地形時，無人機的高效工作率、較低的成本以及精準直接的數據都將提高測量礦山地形工作的效率。本文通過分析無人機測量方法、測繪礦山地形圖的流程、具體實施過程、測量成果具體應用與分析方法，從而提出無人機測量中存在的問題與解決措施，從而完成本文的研究。

1 無人機傾斜攝影測量礦山地形的方法

在測量礦山地形時，無人機傾斜攝影技術不僅能夠真實的反映礦山地形情況，不需要耗費大量的人力物力，而且無人機先進的定位技術可以提供精準的地理信息，呈現更豐富的礦山影像資料。所測的礦山地區周邊的真實情況可以通過無人機傾斜攝影的正射影像反映出來[1]，無人機還能從多個角度觀察礦山地形，礦山地形的實際情況能通過無人機得到更加真實的反映，無人機的傾斜攝影可以彌補普通正射影像在測量礦山地形中的不足。無人機傾斜攝影在與配套軟件的結合運用中實現單張影像測量，可以在測量后的影像中對礦山的高度、面積、深度以及長度等方面進行直接測量，擴展了無人機傾斜攝影在礦山地形測量行業中的應用。無人機傾斜攝影在測量地形時通過航空攝影，對礦山的側面紋理進行三維立體模型的建設，充分發揮無人機傾斜攝影技術的優勢，進行大規模的高空拍攝，提供與礦山地形有關的紋理信息，很大程度上降低了礦山地形在測量中的三維建模成本。無人機傾斜攝影在礦山地形的測量中有4點明顯的優勢：①可以直觀地反映礦山周邊地形的實際情況。②可以收集礦山周邊地形相關紋理數據。③可以對礦山地形進行單張影像的拍攝。④便于整理的、較小的數據有利于發布數據成果。

2 基于無人機傾斜攝影生成三維模型測繪礦山地形圖的流程

無人機傾斜攝影技術在測量礦山地形時主要運用到了三維建模方法[2]。簡而言之，通過校檢相機、結算數據、空中構建三維建模，將礦山地形的影像數據變成三維模型，從而實現三維場景。除了反映被測量的礦山實際情況，無人機傾斜攝影得到的數據還可以與高科技先進的定位系統結合，從而得到精準的礦山地理位置信息，有效彌補了傳統的三維建模在測量礦山地形時的缺陷與不足。這種三維建模是無人機傾斜攝影測量結果與參數化技術建模的結合構建來的，最終通過點云數據濾波測量并繪制出具有真實性與精確性的礦山地形圖。

3 無人機傾斜攝影測量在礦山中的具體實施

現以云南省昆明市濫泥坪銅礦礦區的礦山地形測量項目為示例：

3.1 前期調查階段

首先決定好礦山需要拍攝的范圍，在考慮拍攝范圍時，為了避免出現數據不足或是數據缺失的情況，應該相應的擴大拍攝范圍。在前期調查階段還應該確定好拍攝影像信息的分辨率，在本次礦山地形測量項目中，礦山地形的三維立體模型分辨率是0.2m，正射影像圖的分辨率是0.1m。因鞍山——本溪鐵礦區的礦山面積不太大，且要求較高的分辨率，這次無人機傾斜攝影測量項目選用多旋翼無人機來協助此次拍攝。

3.2 計劃航線階段

在完成前期調查階段后，將獲取的數據進行整理合并，制作一份詳細的數據化礦山地形數據圖。然后與無人機控住軟件相結合，以前期調查階段提出的三維立體模型以及正射影像圖的分辨率為條件，加入航拍高度、畫面重疊度等參數，從而計劃好航拍航線。

3.3 外業航拍階段

將6臺傳感器搭載上同一個飛行平臺上，并從6個不同的拍攝角度、5個傾斜角度、1個垂直角度來進行影像的拍攝，在拍攝有關礦山地形的相片時，還要記錄好與礦山相關的參數數據，如拍攝高度、航拍方向、畫面重疊度和礦山坐標等，并對收集到的數據進行整理分析。無人機拍攝與定位技術進行巧妙結合，不僅能夠反映拍攝地的真實情況，還能獲取礦山的地理位置，獲得更多相關數據。在確定好的航線基礎之上，通過多旋翼無人機的協同拍攝，來獲取完整的礦山地形數據。

3.4 內業處理階段

在結束外業航拍階段后，專業的業內人員通過地理信息系統軟件、攝影測量系統、全自動進行三維模型建立軟件等軟件來處理獲取的數據，礦山地形相關數據、礦山拍攝圖都需要進行加密處理，從而得到立體的三維模型和正射影像圖。

3.5 評價測量結果

礦山地形的測量結果需要通過檢查點來進行檢測，結果的準確度是取決于檢查點的準確度，從而得出該項目的完成度，合格的項目應該滿足圖面沒有明顯的拼接痕跡這點要求。（詳情見表1）

表1 技術指標

4 測量成果具體應用與分析方法研究

被測量的礦山地形的數字正射影像圖和高分辨率三維立體模型可在無人機傾斜攝影技術的協助下獲得[3]。整個被測礦山地形的真實情況和測量區域，都可在數字正射影像圖中直觀地看到，同時，被測量的礦山面積、范圍等數據都可在正射影像圖中一一展現出來。

三維立體模型可在全自動三維模型建立軟件中得到立體的測量，并且該軟件可以計算礦山開挖的土方量。想要動態的監測礦山地形，可以采用多種時段拍攝方法，運用這種方法，不僅能夠測量立體模型，還能提供直觀準確的數據，為礦山管理人員提供管理數據。

礦山的管理者可以通過傾斜攝影的高分辨率直觀清楚地看到礦山地形，便于管理者調整礦山開采力度、疏通礦山排水系統、保護礦山環境、開墾礦山土地，制定相關礦山管理標準。

礦山開采范圍影響礦山的開采量、礦山生產能力、巖石剝離情況以及可開采年限，而礦山的開采范圍可以通過數字正射影像圖與三維立體模型得到準確測量。

此次測量任務需要無人機傾斜攝影協同完成。較高的分辨率和較大的圖像重疊度是無人機攝影的優勢所在，為了克服傳統礦山地形測量方法的缺點與不足，無人機測量工作人員可以在一個平穩的地方對礦山地形進行測量。無人機傾斜攝影技術有效地降低了測量成本，大大地提高測量結果的精確度，還能保證工作人員的人身安全，這些都是傳統測量方法無法達到的。

當無人機攝影技術與定位系統結合運用時，除了更加真實全面地反映礦山地形情況，還能提供更加準確的數據信息、直觀生動的影像信息、讓使用者全方位地了解礦山地形，使無人機攝影技術與礦山測量有機結合。

在礦山地形測量的相關領域中，無人機傾斜攝影測量技術廣受歡迎，成為大勢所趨。與此同時，為了降低測量成本、提高測量結果，很多礦山管理人員都會摒棄傳統測量方法而選擇無人機攝影。

5 存在的問題與解決措施

無人機傾斜攝影技術后期數據影像匹配時，因傾斜影像的攝影比例尺不一致、分辨率差異、地物遮擋等因素導致獲取的數據中含有較多的出入，嚴重影響后續影像空三精度。然而，利用傾斜攝影測量中包含了大量的冗余信息，進行數據的高精度匹配是提高傾斜攝影技術實用性的關鍵。

傾斜攝影測量所形成的三維模型在表達整體的同時，某些地方存在模型缺失或失真等問題。因此，為了三維模型的完整準確地表達需要進行局部區域的補測，常用方法是人工相機拍照或者使用車載近景攝影測量系統進行補測。

隨著科技的發展，無人機作為傾斜攝影測量實用的載體，為了增加其便攜性和靈活性以及續航能力，科技人員正在研制體積小長續航的電池。

傾斜攝影測量技術將逐漸成熟，對成果的質量要求會越來越高，選擇高分辨率、高曝光次數的相機、規劃設計合理的航線與航高對確保成果質量至關重要。

6 結語

本文研究了無人機傾斜攝影技術在礦山地形測量中的運用，基于對無人機傾斜攝影測量礦山地形的方法、測繪礦山地形圖的流程、無人機傾斜攝影測量在礦山中的具體實施以及測量成果具體應用與分析方法研究，從而提無人機傾斜攝影技術在測量礦山地形時存在的問題與解決措施。希望本文的研究能夠為無人機傾斜攝影技術在測量礦山地形方面運用提供思路。

[1]宋寶民．無人機傾斜攝影在地形成圖中的應用研究[J]．經貿實踐,2017,20(10)：110-111．

[2]張玉俠,蘭鵬濤,金元春,等．無人機三維傾斜攝影技術在露天礦山監測中的實踐與探索[J]．測繪通報,2017,12(s1)：114-116．

[3]馬靜,石瑩．淺談傾斜攝影測量在大比例尺地形圖測繪中的應用[J]．測繪標準化,2017,14(3)：46-48．