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

涂 勇，萬 昕

（1.南昌市土地測繪工程公司，江西 南昌 330000；2.南昌市不動產登記中心，江西 南昌 330012）

隨著礦山開采工作效率的不斷提升，為保障礦山建設及生產的安全性，企業需要加強礦山監測，應用現代化測繪技術，獲取準確的地質勘測信息，避開開采高危因素[1]。但是由于露天礦常占地面積較大、地形復雜多變，采用傳統監測手段，工作量大，工作效率低，且數據精度得不到有效保障，且現場測繪人員還會因為露天礦邊坡滑坡而面臨人身危險。無人機三維傾斜攝影技術的應用，充分地滿足了露天礦山監測的需求，采用無人機低空多角度鏡頭攝影的方式，可即時獲取清晰的地標物立體影像，獲取精準數據信息。

1 無人機三維傾斜攝影技術概述

無人機（unmanned aerial vehicle,UAV）通常是利用無線電遙控設備及加載好的程序控制裝置來操縱，或者是由車載計算機完全或半自主操控，相比于傳統的人工駕駛飛機來說，無人機具有輕便靈活、造價低的優點，能夠適用于各種復雜環境的作業，目前被廣泛應用于航拍、農業、災難救援、觀察野生動物、監控傳染病等領域中[2]。

從系統框架上來說，無人機測量系統主要由以下幾個部分組成：①無人機飛行平臺。固定翼無人機成本較低，且飛行平穩，在帶狀地形圖測圖項目中應用廣泛；②飛行控制系統。其作用為飛行控制和任務設備管理，由自駕儀、GPS定位裝置、姿態陀螺及無線電遙控系統組成，能夠有效控制無人機的各項航行參數，并將這些飛行參數能夠及時傳輸到地面控制平臺中，讓工作人員實時掌握無人機的航拍情況；③攝影傳感器。無人機測量系統中常用的攝影傳感器有多種，其中較為常用的是EOS 5DMarkⅡ,在無人機航拍過程中，采取飛控系統進行快門定點爆光的控制，對焦固定在無窮遠處，并鎖定相機的內方位元素，采用固定光圈及二軸穩定云臺；④地面控制系統。在航拍前期，通過地面控制系統明確測圖區域，進行航線設計及無人機航行參數設置，而在航拍階段則需要通過這一系統監測航拍情況，無人機結束航程后續進行導航文件的輸出及整理，并且進行影像質量評估。

無人機三維傾斜攝影技術的研發，突破了傳統的測繪作業模式，在露天礦山監測中應用，可實現礦山生產建設的全過程監控，體現出了以下幾項技術優勢：①通過垂直及傾斜等多個角度采集遙感影像，可全面直觀地反映出地標物周邊的真實情況；②能夠完整地采集到建筑物側面紋理，反映出地標物的具體信息；③在傾斜影像中，可實現單張影像的量測；④數據量較小，便于傳輸、共享。

2 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

2.1 技術應用流程

在露天礦山監測中，無人機三維傾斜攝影技術的應用流程如下：①需求調研階段。根據露天礦山監測范圍，適當外擴后作為無人機航拍區域，確定DOM分辨率及三維模型分辨率；②航線設計階段。確定航拍范圍后，進行現場踏勘，收集測區的地質、氣候等信息，制定航測計劃，導入無人機控制軟件，設置航高、帶寬、重疊度、地面分辨率等參數，合理規劃航線，并將之錄入到飛行控制系統中；③外業航拍階段。同一個飛信平臺上，需搭載5臺傳感器，從一個垂直角度及四個傾斜角度來采集地標物的多方位影響，拍攝照片時需記錄當時的無人機航行參數，比如說高度、速度、方向、坐標等，再進行數據處理和分析，此時可以結合應用GPS技術，嵌入地理信息及影像信息，獲取更為詳細全面的測繪信息，并通過額外操控無人機補拍的方式補充信息；④內業處理階段。應用技術相關軟件Arcgis、inpho、smart3D等對所獲取的數據進行處理，獲取數字正射影響及三維立體模型；⑤成果質量評定。對數據精度以及圖面的拼接拉伸痕跡進行檢查，若符合要求則說明項目質量達標。

圖1 無人機三維傾斜攝影技術應用流程圖

2.2 技術應用成果

在露天礦山監測中，無人機航空遙感攝影技術的成果主要有：① 可獲取具有較高分辨率的地標物三維傾斜立體模型及數字化信息，以及詳細精準的DOM數據，應用Arcmap 軟件，可進行平面測量，實現礦產開采范圍及開采面積的檢測；②應用smart3D軟件，能夠實現三維傾斜立體模型的立體兩側，計算出開挖土方量，而通過不同階段的量測數據，可實現礦山開采的動態監測；③由于所獲取的影像分辨率較高，管理者可清晰直觀地觀察到露天礦山的建設生存情況，并以此為依據開展開采生存調度、礦山環境保護、排水疏干等工作。

3 結語

無人機航空遙感攝影技術在現代化測繪技術體系中的一種，具有經濟適用性好、測繪效率高、測繪數據時效性強且準確度高的優點，被廣泛應用于各個測繪工程中。而隨著科學技術的發展，其技術內容發生了變化，攝影角度增加，通過無人機三維傾斜攝影技術，測繪技術人員可獲取垂直及傾斜等多個方位的地標物影像，自動生成三維地理信息模型，實現對于地標物的立體監測。在露天礦山測量工作中，應用這一技術，可獲取監測區域的地貌原始地形圖，并隨著礦山的建設生成，獲取建筑物、管線等的具體信息，為工程設計提供依據，同時進行采場與排土場尾礦測繪驗收、月工程量的測量驗收等。