傾斜攝影測量在礦山地形監測中的應用研究

史密斯

（甘肅省地質礦產勘查開發局第三地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730050）

隨著計算機技術與無人機技術的發展，在當前新型測繪方式主要是無人機航測技術，傾斜攝影測量將傳統測繪信息進行三維化表示，讓作業效率更高、成本更低、工期更短，自動化更高，給測繪方式帶來了變更性的改變[1]。

1 傾斜攝影測量作業原理

傾斜攝影測量是利用低空無人機通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直方向、四個傾斜方向獲取多個視點和視角的影像，或通過單像機從四個傾斜方向進行傾斜攝影，利用SMART3D、Bentley ContextCapture等攝影測量軟件，結合實測一定量的地面控制點進行空中三角測量獲取航空影像外方位元素，進行區域網平差、多視角影像密集匹配、三維TIN格網重建、白體三維模型的創建、自主紋理映射、三維場景建設，通過清華三維DPModele等內業采集軟件，利用三維模型直接或間接的獲取礦區周邊附屬設施的位置坐標，在滿足精度要求的基礎上，繪制礦山地形圖。

2 傾斜攝影測量作業流程

通過采用傾斜航空攝影技術獲取礦區高分辨率航空傾斜影像和POS數據。①利用航攝資料，采用RTK測量方法和基于POS系統的區域網空三方案，布設外業像片控制點。②采用建模軟件，進行全自動空三解算，計算垂直攝影和傾斜攝影像片的外方位元素。③自動提取測區點云數據，利用傾斜攝影影像進行自動相關，生成測區的模型數據。④利用傾斜攝影影像和數據處理軟件，采用計算機視覺自動匹配技術進行模型制作和紋理自動映射，制作實景真三維模型，生成具有嚴密數學參考關系的實景真三維模型。⑤導出通用的標準三維模型格式。⑥三維模型、貼圖材質、基礎數據的一體化全面檢查。⑦對數據生產過程中的重要環節進行檢查控制，直到其符合礦山地形監測成果質量要求，才進入下一環節，以免環節出錯造成錯誤傳遞、累加等。⑧數據生產項目的各重要環節嚴格遵循持續改進的原則，即生產環節要進行階段性的檢查、更正和改進。⑨檢查工作完成后，提交三維模型成果用于航測內業采集礦區地形圖。

圖1 傾斜航空攝影技術路線圖

3 基本要求

（1）數據基本要求。①地面分辨率：平均地面分辨率優于2cm。②影像重疊度：航向重疊度為70%～80%，最小不小于70%；旁向重疊度為50%～60%，最小不小于50%。③影像質量要求：影像清晰，反差適中，顏色飽和，色彩鮮明，色調一致。

（2）攝影系統要求。①飛行平臺要求：使用電動多旋翼無人機飛機，配備自動駕駛儀，保持良好的飛行姿態。續航能力不少于20分鐘，具備GPS導航系統。②航攝儀性能要求：航攝儀內方位元素可精確測定，單像機輸出傾斜影像不少于2400萬像素。

4 傾斜攝影實施

（1）航攝設計。一個待測礦區安排一個機組進行航攝，為此將工作區按地形分為多個航攝區，分別由不同機組執行相應區域航攝任務。

盡量保證分區內的地形地貌一致，考慮到山脈走向、技術要求、執行效率等因素，礦區面積較大時可將整個攝區進行分區。依據分區地形起伏、飛行安全條件等確定分區基準面高度。

（2）實施方案。①航攝前準備：完成攝區技術設計工作，辦理好航攝批文、空域使用手續。②航攝基本要求：根據技術設計要求，安排一架電動多旋翼無人機和傾斜數碼航攝儀對攝區進行航攝。③航攝飛行：起飛前，檢查飛機、航攝儀及POS工作狀態全部正常后才能起飛進入攝區，在空中，要按設計航線進行航攝，打開飛機自動駕駛儀控制飛機的航跡、姿態；自動修正偏流，盡量消除影像的旋偏角、傾角，滿足規范及招標技術要求。④現場數據預處理：飛行結束后，在現場對POS機載數據進行預處理，檢查POS數據記錄是否完整，GPS數據有否丟星失鎖；檢查縮略影像檢查獲取影像數量與設計是否相符，影像數據存儲是否完整，影像有無云煙、云影及其它問題存在。⑤數據下載：使用航攝儀、POS設備配備的軟件下載獲取的POS數據、影像數據，按要求下載到硬盤，并安排專人對數據進行數據的進一步處理。

（3）攝影數據預處理和檢查。依據項目設計要求，進行傾斜影像檢查、POS數據檢查、飛行質量檢查、控制點檢查等預處理工作，確保數據無誤后，可提交后續空三加密解算。

（4）像控點布設、測量。航拍之前在工作底圖上選定像控點位置，像控點以村為單位均勻布設，布點密度為約150m一點，實地用紅色油漆和白色油漆布設航標，以便后期在空三加密中轉刺。利用RTK連接甘肅省衛星連續運行基準站（簡稱GSCORS）進行測量，作業方法同圖根點測量。

（5）全數字空中三角測量。利用航空攝影的影像數據、POS成果以及像控測量成果，采用實景三維建模軟件SMART3D或Context Capture Center系統進行POS輔助空中三角測量，提高數據處理效率。利用已知的相機參數文件建立空三工程，采用POS數據成果進行航帶內及航帶間的影像同名點匹配，生成海量的匹配點。影像匹配完成后，進行自由網平差計算，刪除或調整超限點。精度滿足要求后，人工量測外業控制點，進行絕對定向光束法平差。如果精度不滿足要求，需要查看點位情況，根據外業像控測量信息進行檢查，重新平差直至滿足要求精度為止。

（6）三維模型生產。在空三加密后，利用上述三維建模軟件全自動生產三維模型，模型分辨率為0.02m，模型存儲格式為OSGB。Smart3D Capture軟件完全根據航攝獲取的影像數據制作三維模型成果，可以真實還原地物的空間位置、形態、顏色和紋理。模型生成后在Acute3D Viewer中直觀查看測區范圍內的所有地物特征及地形細節。若模型有變形或精度不滿足后續航測采集要求，應查找原因并重新進行空三和模型數據制作。

5 結語

將傾斜攝影測量技術應用于礦山地形監測中，極大的提升了礦山地質勘查的效率，降低了作業成本，提交的成果三維顯示更加直觀。