無人機傾斜攝影測量在露天礦山監測中的應用研究

韋小儒

（廣西壯族自治區地理信息測繪院，廣西 柳州 545006）

無人機傾斜攝影技術的誕生，開辟了測繪行業的新篇章。采用無人機傾斜攝影測量技術對露天礦山進行監測，可以快速獲取高分辨率、高精度、直觀的實景三維模型數據，在實景三維模型數據上進行GIS分析，能夠精確計算出露天礦山開采量、開采深度、開采范圍等重要數據，結合采礦權登記及圖件信息進行比對，可以判斷露天礦山是否越層、越界、超量開采，對礦產資源開采做到事前、事中、事后監管，增加了的礦產資源監管模式，有效的避免了礦產資源開發利用違法違規行為的發生，更好的保護好礦產資源和環境。

1 無人機傾斜攝影測量概述

1.1 傾斜攝影技術

近年來，斜攝影是在高新技術領域發展起來的攝影測量技術，通過技術從垂直和四個角度傾斜五個不同的同步采集圖像的角度，在建筑的頂部和高分辨率的紋理方面變得豐富。它不僅能準確地反映地面物體的情況，而且能高精度地獲取物體的紋理信息。它還可以通過先進的定位、融合、建模和其他技術來生成真實的3d模型。

1.2 無人機傾斜攝影測量系統組成

1.2.1 自駕及慣導系統

航飛自駕及慣導系統，簡稱飛控。主要包括，陀螺儀，加速計，地磁感應，GPS模塊及控制電路，主要功能就是自動感知無人機飛行姿態，控制飛行路線。

1.2.2 傾斜攝影相機

傾斜攝影相機通常由一個垂直和四個傾斜五個不同的視角高像素面陣數碼相機組成，以一定角度安裝在云臺上。斜置攝像頭包括一個較低的攝像頭、一個前視攝像頭、一個后視攝像頭、一個左攝像頭和一個右攝像頭，攝像頭是垂直的，前置攝像頭、后置攝像頭、左攝像頭和右攝像頭都是傾斜的。用于獲取地物側面紋理影像，傾斜角度在15°~45°之間。

1.2.3 云臺

云臺是安裝、固定攝像機的支撐設備，可以減少飛行過程中由于無人機飛行姿態對相機拍攝角度影響。

1.2.4 地面控制系統

地面控制系統，通常包括電腦、信號傳輸系統和手動控制系統。

1.2.5 其他設備

包括發射架，車輛，降落系統等。

2 無人機傾斜攝影測量的工作流程

通過無人機傾斜攝影獲得影像數據，開展外業像片控制測量，進行空中三角測量，完成實景數據建模工作，以此為基礎，制作數字表面模型（DSM）、數字高程模型（DEM）、真數字正射影像圖（TDOM），并對實景建模成果進行精細化處理，得到三維實景模型成果。總體工作流程如圖1所示。

2.1 資料收集與分析

收集近期拍攝的項目區DOM影像數據，作為技術設計、外業踏勘和控制點布設的工作底圖；收集項目區范圍內近期施測的衛星定位等級點，用于測區像控測量。

2.2 航空傾斜攝影

項目區域導入無人機控制軟件。根據項目決議的要求，通過增加高海拔高度和重疊度等參數來制定飛行計劃，通過無人機飛行平臺搭載傾斜相機，實施航飛。

2.3 像控測量

通過選型和室外地板的標點組合選擇相結合，相點布局需要滿足無人機低空攝影測量的要求，合理布置分階段，檢查精度，相位控制點由CORS網絡RTK測量，每個點的平均值作為相位控制點的坐標結果。

圖1 無人機傾斜攝影測量的總體工作流程

2.4 空中三角測量

利用獲取的高分辨的地物多視角多方位影像和地面控制點數據，將影像POS數據作為影像初始外方位元素，運用專業軟件的基于圖像密集匹配技術運算功能，提取大量連接點，實現POS輔助連接點自動量測、控制點預測區域網平差，通過對傾斜攝影的空中三角測量，獲得了各條帶的準確異物。

2.5 三維實景建模

以傾斜攝影像片、像控成果為基礎數據，結合已有空三加密成果，利用實景建模軟件，經創建工程，數據預處理、控制點處理、多視匹配模型架構、紋理映射等過程，最終輸出三維實景模型成果。

2.6 DSM、DEM和TDOM的制作

利用垂直圖像、傾斜圖像數據和空中三角測量來測量加密結果，在專業軟件中，根據圖像相關匹配，構建高密度特征點云，生成DSM數據；基于空三加密的結果，利用密集匹配點云生成測試區域的三維點云數據，并基于點云數據生成DEM；利用數字表面模型（DSM），通過數字微分校正技術，對原圖像的幾何畸變進行校正，并對整個區域進行重采樣，得到完全垂直投影的影像圖，即真正射影像(TDOM)。

3 無人機傾斜攝影測量在露天礦山監測中的應用

通過無人機傾斜攝影測量可以同時獲得高分辨率的真正射影像（TDOM）和三維實景模型，管理者可以清晰直觀地觀察露天礦開采情況，制定相應的管理措施。

3.1 開采范圍監測

礦區的監測主要集中在露天礦坑的采礦區和是否超過礦區。在無人機傾斜測量中，可以得到高分辨率的真實投影圖像(TDOM)數據和高分辨率的三維現實模型數據。在TDOM取得的成果中，可以通過開采露天礦邊界線的開采，直接看到項目區域和地形的整個范圍，以及采礦權證書礦區的拐點坐標的附件疊加比較，確定是否跨境開采，如果越界，可在軟件中對越界部分進行平面量測，量算出越界開采面積等數據，為礦山開采范圍監管提供證據（如圖2所示，紅線區域為采礦許可范圍，黃線區域1、2、3處為越界開采范圍）。目前，無人機測量平面精度可達厘米級，大大提高了礦區監測精度。

圖2 礦山越界開采監管示意圖

3.2 動態儲量監測

一是在本文采用三維掃描軟件對軟件中的垂直三維模型進行了測量，并進行了計算。在三維模型上進行傾斜測量，對礦山開采過程進行動態監測，為露天礦的管理提供直觀、準確、及時、有效的數據支持。

二是可根據兩次無人機傾斜攝影測量得到的露天礦山DEM數據，在GIS軟件中，利用網格區域的統計工具來計算不同的參數。對露天礦山動態儲量進行監測。無人機傾斜攝影測量得到的DEM精度較高，點云密度較大，反映露天礦開采情況，計算精度較高，滿足露天礦山動態儲量監測的要求。

4 結語

傾斜攝影測量可以從多角度觀察地物，更加真實的反映地物的實際情況，彌補基于正射影像應用的不足。在傾斜攝影測量的基礎上采用了先進的定位技術，嵌入了精確的地理信息，可以直接通過支持軟件對圖像的高度、長度、面積、體積等進行測量，大大擴展了遙感圖像的應用領域，能夠有效的解決露天礦山監測中傳統測量成本高、周期長，數據采集難度大、不精確等問題。

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