無人機傾斜攝影測量在礦山測繪中的應用

張凱幸，肖磊蕊

（1.江西省煤田地質局測繪大隊，江西 南昌 330000；2.江西弘毅測繪有限公司，江西 吉安 343000）

自我國北斗系統通入更多民用領域以來，推動了動態實時定位技術的發展，促進了無人機技術的快速發展，如無人機傾斜攝影測量等技術。與傳統的測繪方法相比，無人機傾斜攝影技術實現了多角度獲取測繪區域航空影像、測量周期短、精度高的優勢，在各個行業中的應用前景極為廣闊[1]。基于此，本文以無人機傾斜攝影測量技術為研究對象，分析該技術在礦山測量中的應用效果，為推動無人機傾斜攝影測量技術發展提供參考。

1 無人機傾斜攝影測量技術概況及優勢

（1）無人機傾斜攝影測量技術基本原理。無人機航空攝影技術包括傾斜攝影測量技術和垂直航空攝影測量技術，前者有效的彌補了垂直攝影測量技術無法獲取測繪區域側面信息的缺陷，實現了多角度獲取地面地物信息的目的，即無人機傾斜攝影測量技術實現了地物三維信息的獲取，這為礦山測量由二維向三維發展奠定了基礎。無人機傾斜攝影測量技術是以無人機平臺為基礎，搭載多臺無棱鏡對測繪區域以不同角度進行航空拍攝[2]。無棱鏡鏡頭角度要根據不同測繪區域地形地貌變化特征、無人機設計行高等調整曝光周期等。無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中的應用流程見圖1。

圖1 傾斜攝影測量在礦山測繪中的應用流程圖

（2）無人機傾斜攝影測量技術的優勢。無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中具有明顯的優勢，主要表現在：①傾斜攝影測量技術實現了多方位、多角度實時動態拍攝的技術目的，實現了測繪區域三維地形信息等的獲取，為三維礦山建設奠定了基礎；②航空影像數據分辨率高，傾斜測量采用多個五棱鏡頭，實現了全方位、多角度的航空影像，分辨率更高；③傾斜攝影測量技術實現了多角度、多方位拍攝目的，有效的避免了高大建筑物、樹木等遮擋，使得航空影像減少了測量“空白區”。

2 無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中的應用

（1）原始數據的采集。本文以礦山測繪中的地形圖測量工作為例，分析該技術在礦山測繪中的應用效果。礦山地形圖測繪的原始數據包括測繪區域的影像數據、地面相控數據、POS數據等。測繪所使用的無人機為HO1300無人機，攝像機采用南方測繪生產的數字航空攝影相機，搭載輔助系統等，其中攝影相機從垂直以及4個傾斜角度對礦山區域進行拍攝。根據礦山地形地貌以及區域氣候狀況，拍攝時間為6月初，本次設計飛行高度為300m，航向重疊度為75%，旁向重疊度設置為65%，設置地面像控點密度為每平方米布設像控點3個。

（2）空中三角加密測量。無人機傾斜攝影測量通過其他攝影相機獲得了不同角度和方位的影像數據，與垂直攝影技術所獲影像數據相比，前者的地物信息更加全面，但是多角度、多方位影像數據為數據的計算帶來了困難，也意味著傾斜攝影測量所獲影像數據在計算過程中不僅需要考慮垂直方向上的計算，還需進行多視角、多方位方向上的計算問題，而傳統的計算方式無法同時滿足上述兩種情況的計算需求。此時，需要將航拍過程中自動存儲的POS數據進行解算，生產出多視角聯合空中三角加密測量，對影像資料進行優化處理，進而為生產礦山地形圖奠定基礎。

（3）匹配生成密集點云。在對影像數據進行多視角聯合空中三角加密測量的基礎上進一步生產出測繪區域密集點云數據，對密集點云數據進行點云數據提取、合并、優化等處理，經過POS數據所包含的外方位元素，以特征匹配等方式生產出高密度的DSM數據等，為建設礦山三維地形奠定基礎。

（4）大比例尺地形圖生成。在完成上述數據處理的基礎上，為建設礦山三維地形圖奠定了基礎。其中，點云數據的匹配一般采用單模型點云提取模式進行，將礦山測繪區域分割成不同規模的子區塊，進行地形信息的提取等處理。此外，使用無人機傾斜攝影測量技術顯著的提高了數據處理的自動化程度，具有效率高的優勢，以數據處理軟件平臺為基礎，通過自動化處理生成相應比例尺的地形圖，手動采集其他地形信息。所獲的地形圖需及時檢查，對地形圖中有缺陷或者錯誤的區域進行檢核糾正，直至地形圖所表達信息無誤為止。

（5）無人機傾斜攝影測量精度分析。本文以某礦山地形測量為例，選擇了能夠代表所有測繪區域的約2km2范圍的地形圖，采用不同區塊隨機抽樣的方式抽取了10個外業測量點，對本次地形圖的平面誤差和高程誤差進行了精度分析，統計數據見表1。由表1可以得出，使用無人機傾斜攝影測量技術在礦山大比例尺地形圖測量中，平面X測量精度為4.01 mm，平面Y測量精度為3.84 mm，高程Z的測量精度為3.93 mm，反映出該技術在礦山測繪中具有良好的應用效果。

表1 研究區三維實景建模精度分析統計表

3 結束語

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中具有明顯的應用優勢，不僅能夠在較短的時間內獲得大比例尺地形圖，而且測繪精度更高，測繪成本明顯降低。通過實踐表明，無人機傾斜攝影技術可獲得平面X測量精度為4.01 mm，平面Y測量精度為3.84 mm，高程Z的測量精度為3.93 mm，反映出該技術在礦山測繪中具有良好的應用效果。