無人機傾斜攝影測量技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用

葉 萍

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊，安徽 黃山 245000）

礦產(chǎn)資源勘查以及資源開發(fā)與利用過程中大比例尺地形圖的應(yīng)用極為廣泛，不僅為探礦工程的準(zhǔn)確定位奠定基礎(chǔ)，更是資源儲量估算不可缺少的部分。此外，大比例尺地形圖含有詳細的地形要素和地理信息等，在現(xiàn)代化三維礦山建設(shè)中占據(jù)重要地位[1]。

傳統(tǒng)的地形測繪技術(shù)方法周期長、工作量大、成圖效率低，逐漸被現(xiàn)代化新型測繪技術(shù)取代，尤其是無人機傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展，實現(xiàn)了礦山快速成圖、精度高、成本低的大比例尺地形圖測繪目的。

基于此，本文以某金屬礦山大比例尺地形測量為例，分析該技術(shù)在礦山地形成圖中的主要應(yīng)用流程及注意事項，為推動該技術(shù)的快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)

無人機傾斜攝影測量技術(shù)是在無人機垂直攝影技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，解決了無人機垂直攝影技術(shù)只能獲得垂直方向航拍影像數(shù)據(jù)的弊端，攻克了多角度、多方位獲取測繪區(qū)域地面信息的技術(shù)難關(guān)。

無人機傾斜攝影測量技術(shù)早期階段主要應(yīng)用于建筑物外立面紋理信息的獲取上，在礦山地形測量、工程測量等領(lǐng)域應(yīng)用較少。隨著動態(tài)GPS技術(shù)、圖像融合處理以及多元數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的快速發(fā)展，解決了傾斜攝影數(shù)據(jù)處理難的問題，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，如地形測量、工程測量等。無人機傾斜攝影測量技術(shù)在應(yīng)用過程中主要包括地面控制測量、影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、空中三角加密處理以及地形圖成圖輸出等流程（圖1）。

圖1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用流程

2 傾斜攝影測量相關(guān)要求與影像采集

2.1 傾斜攝影測量技術(shù)要求

本次使用無人機型號為HO1300無人機，無人機中搭載南方測繪傾斜數(shù)字航空攝影相機，配置1臺垂直五棱鏡頭和4臺傾斜五棱鏡頭，配套安裝動態(tài)GPS定位系統(tǒng)、飛行管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。無人機傾斜攝影測量技術(shù)對無人機的飛行狀態(tài)要求較高，因此，在確定飛行計劃時需要注意以下幾點[2]：①無人機飛行越平穩(wěn)，所獲得遙感影像質(zhì)量越高，因此一般選擇天氣狀況良好的氣候條件下進行飛行航拍任務(wù)，根據(jù)測繪區(qū)域氣象資料顯示，選擇每年5月～7月天氣溫和少雨的時間最佳；②在氣候條件良好的情況下應(yīng)充分考慮每天的氣候變化，一般選擇上午10時至下午4時展開飛行任務(wù)；③航向重疊度和旁向重疊度，應(yīng)根據(jù)測繪區(qū)域地形地貌變化特征進行適當(dāng)調(diào)整。

2.2 飛行參數(shù)以及影像預(yù)處理

礦山地形圖測量比例尺為1:1000，飛機型號為HO1300無人機，設(shè)計飛行速度為70km/h，航線敷設(shè)方法為東西向敷設(shè)；相對飛行行高分為兩部分，飛行子區(qū)塊1的行高為350m，行子區(qū)塊2的行高為300m；平均地面分辨率均為0.06m，設(shè)計航向和旁向重疊度均為75%。以上述基本參數(shù)展開飛行航拍任務(wù)，并及時檢查每天所獲影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，對不符合質(zhì)量要求的影像數(shù)據(jù)進行重新補測。在完成航拍任務(wù)后進行影像數(shù)據(jù)的預(yù)處理，將所獲傾斜影像反投影至建立的虛擬影像中，可有效的減少突出地面垂直物體的重影現(xiàn)象，提高影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

3 無人機傾斜攝影測量技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用

無人機傾斜攝影測量在礦山測繪實際應(yīng)用中，為提升數(shù)據(jù)精度與可靠性，往往要布設(shè)一定數(shù)量的地面控制點，通過將外業(yè)采集的航飛影像與地面控制點標(biāo)定，進行空三加密處理，然后將生產(chǎn)的DOM（數(shù)字正射影像）與DEM（數(shù)字高程模型）進行內(nèi)業(yè)制圖與外業(yè)調(diào)繪修正，基本流程如下。

3.1 地面控制測量

地面控制測量主要依賴于像片控制測量，是提高無人機傾斜攝影測量精度的有效措施。像片控制測量中最重要的環(huán)節(jié)就是像控點的布設(shè)，像控點布設(shè)不合理，可顯著的降低影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

在后期數(shù)據(jù)處理過程中空中三角加密測量過程中，雖然像控點密度對空中三角加密測量有一定的影響，但空中三角加密測量質(zhì)量與完全依賴于像控點的布設(shè)密度，而與測繪區(qū)域的地形地貌變化幅度等關(guān)系較為密切。因此，為了提高無人機傾斜攝影測量工作效率以及影像數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，一般在地形變化幅度小的區(qū)域（如平原地區(qū)等）可適當(dāng)?shù)慕档拖窨攸c布設(shè)密度，而在地形變化幅度較大的區(qū)域（高山峽谷地貌）可適當(dāng)增大像控點布設(shè)密度。總體上，像控點的布設(shè)應(yīng)注意以下幾點：①像控點一般布設(shè)在容易識別的地物地貌上，即所布設(shè)的像控點必須是唯一的，不存在爭議的，一般布設(shè)在地形變化較小的山頭、田角等部位；②位于測繪區(qū)域范圍以外的像控點的目的在于控制測量整個測繪區(qū)域；對于位于圖幅邊部的像控點一般布設(shè)在圖框輪廓線以外；③位于航線兩側(cè)的像控點，一般布設(shè)在左右偏離半徑小于半條基線長度的范圍內(nèi)；④植被發(fā)育的區(qū)域以及建筑物密布區(qū)域不易作為像控點的布設(shè)位置，上述部位因遮擋問題導(dǎo)致測量難度增高，甚至無法獲得準(zhǔn)確的地理位置；⑤像控點布設(shè)位置應(yīng)盡可能避開大面積水域或者大功率敷設(shè)區(qū)域；⑥像控點一般布設(shè)在交通條件好和便于保存的位置，以便于后期控制測量使用。

3.2 空中三角加密處理

一般來說礦山地形變化較大，植被發(fā)育差異明顯。因此，造成無人機傾斜攝影過程中所獲影像數(shù)據(jù)中不可避免的存在拍攝“漏洞”，即所獲影像數(shù)據(jù)中存在一定數(shù)量的“留白”，該部位的攝影質(zhì)量是無法達到1：1000大比例尺地形圖測量的基本要求。

此時，需要對影像數(shù)據(jù)進行空中三角加密處理，利用航拍過程中無人機搭載的定位系統(tǒng)自動存儲的POS數(shù)據(jù)中包含的方位元素對遮擋區(qū)域進行預(yù)測，可以有效的密布因遮擋等造成影像數(shù)據(jù)中的“留白”問題，顯著的提高影像數(shù)據(jù)的精度[3]。在完成空中三角加密處理后，可以獲得測繪區(qū)域的加密校正成果等產(chǎn)品，可進一步生成DOM、DEM、DSM等產(chǎn)品。

3.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集與修補測

在進行數(shù)據(jù)采集之前需要對影像數(shù)據(jù)進行三維建模處理，這是由于三維建模是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，能夠借助傾斜攝影測量自動批量建模軟件對不同視角下的傾斜影像資料進行幾何校正、平差處理以及多視角匹配處理等操作，進而獲得能夠反映測繪區(qū)域整體地形地貌特征的可視化三維傾斜模型。

在上述操作的基礎(chǔ)上借助配套的軟件對測繪區(qū)域的地物地貌進行提取，即數(shù)據(jù)采集過程中，主要包括：①地物要素的采集，主要以人工處理為主，包括建筑物輪廓、控制點信息、建筑物外側(cè)面邊線等信息，能夠顯著的提高最終數(shù)據(jù)處理精度；②地貌要素的三維信息采集，主要借助數(shù)據(jù)處理軟件自動化處理，主要包括測繪區(qū)域1:1000大比例尺等高線以及相應(yīng)密度的高程注記點等信息的采集，后期經(jīng)過人工手動整飾、取舍后可投入使用；③遮擋問題處理，對于遮擋嚴(yán)重的區(qū)域或者地形地貌有爭議的區(qū)域進行標(biāo)注，使用其他輔助測量方法進行補測、調(diào)繪等處理。

4 結(jié)語

無人機傾斜攝影測量技術(shù)，雖然改善了垂直攝影測量只能獲取垂直方向影像數(shù)據(jù)的弊端，實現(xiàn)了多方位、多視角影像數(shù)據(jù)，但無可避免的出現(xiàn)測量“留白”，如植被茂密區(qū)域、立交橋下部以及建筑物遮擋區(qū)域等部位。因此，在數(shù)據(jù)采集過程中應(yīng)將上述部位標(biāo)注出來，及時展開外業(yè)補測工作，可有效的提高大比例尺地形圖測量精度。對補測及調(diào)繪后的數(shù)據(jù)進行綜合整理，核查無誤后輸出，生成相應(yīng)比例尺的地形圖成果圖件。

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術(shù)具有精度高、成本低、成圖快的特點，逐漸在礦山大比例尺地形測量中的應(yīng)用越來越廣泛。經(jīng)過實際對比驗證，采用無人機航測1:1000大比例尺圖精度與全站儀測量結(jié)果對比，所獲地形圖的平面誤差為5.2cm，高程注記點的誤差為4.8cm，誤差均在相應(yīng)比例尺地形圖誤差范圍內(nèi)，說明使用無人機傾斜攝影測量獲得的大比例尺地形圖精度可靠，有助于推動數(shù)字礦山的建設(shè)步伐。