傾斜攝影測量技術在礦山地質測繪中的應用分析

封利根，晏敏敏

（1.江西省基礎測繪院，江西 南昌 330000；2.新余市不動產登記中心，江西 新余 338000）

礦產資源勘查以及資源開發與利用過程中大比例尺地形圖的應用極為廣泛，不僅為探礦工程的準確定位奠定基礎，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，在現代化三維礦山建設中占據重要地位。傳統的地形測繪技術方法周期長、工作量大、成圖效率低，逐漸被現代化新型測繪技術取代，尤其是無人機傾斜攝影技術的快速發展，實現了礦山快速成圖、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，分析該技術在礦山地形成圖中的主要應用流程及注意事項，為推動該技術的快速發展奠定基礎[1]。

1 傾斜攝影測量技術概述

無人傾斜攝影技術是一種先進的新型測量技術，在快速獲取成果、模型構建以及數據采集等諸多方面都具備優勢，在當前礦山地質測繪的過程當中需要強化傾斜攝影測量技術廣泛運用。傾斜攝影測量技術是當前測繪領域中一種相對現代化的新型技術，通過利用多個傳感器針對于同一對象完成快速數據采集工作，全方位地反映對象情況和面貌，通過使用傾斜攝影測量技術，彌補傳統航拍技術缺陷和不足之處，有利于突破傳統測量模式制約和限制，在獲取信息方面更加高效，切實保障了數據測量工作的科學性和真實性。傾斜攝影測量技術可以從不同角度對于對象進行拍攝，還可以針對飛行器航拍高度以及速度等綜合參數進行處理和記錄。傾斜攝影測量技術包括了三大部分，主要是傾斜相機、POS系統以及飛行器。其中，飛行器主要作用就是搭載設備，并且按照預定方向進行飛行，通過利用飛行器可以實現航拍。其次POS系統針對于對象信息進行捕捉，并且可以記錄飛行器飛行姿態以及空間坐標。最后，傾斜相機作用就是能夠準確以及有效采集地面影像信息，切實保障信息可靠性、真實性。

圖1 傾斜攝影測量原理圖

傾斜攝影測量技術的相關內容分析傾斜攝影測量技術是國際攝影測量領域近十幾年發展起來的一項高新技術，其本質是利用同一飛行平臺上搭載的多臺采集圖像的傳感器從垂直、傾斜等不同角度來獲得地面物體完整的信息，主要包括數據獲取和數據處理2部分。數據獲取部分一般包括1臺垂直攝影相機和4臺傾斜攝影相機，與GPS接收機、高精度IMU慣性系統進行高度集成。攝影相機用來獲取影像信息，GPS、IMU分別獲取位置和狀態信息。數據處理部分，一般利用在系統中的集成定位信息、定姿設備拍攝的每張影像上的位置姿態信息進行影像數據的處理[2]。

2 傾斜攝影測量相關要求與影像采集

2.1 傾斜攝影測量技術要求

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GPS定位系統、飛行管理系統以及數據存儲系統等輔助系統。無人機傾斜攝影測量技術對無人機的飛行狀態要求較高，因此，在確定飛行計劃時需要注意以下幾點：①無人機飛行越平穩，所獲得遙感影像質量越高，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，根據測繪區域氣象資料顯示，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；③航向重疊度和旁向重疊度，應根據測繪區域地形地貌變化特征進行適當調整。

2.2 飛行參數以及影像預處理

礦山地形圖測量比例尺為1：1000，飛機型號為HO1300無人機，設計飛行速度為70km/h，航線敷設方法為東西向敷設；相對飛行行高分為兩部分，飛行子區塊1的行高為350m，行子區塊2的行高為300m；平均地面分辨率均為0.06m，設計航向和旁向重疊度均為75%。以上述基本參數展開飛行航拍任務，并及時檢查每天所獲影像數據質量，對不符合質量要求的影像數據進行重新補測。在完成航拍任務后進行影像數據的預處理，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象，提高影像數據的質量[3]。

3 傾斜攝影測量技術在礦山地質測繪中的應用優勢

3.1 測繪作業數據采集方便

在礦山地質測繪的過程中，傾斜攝影測量技術得到了廣泛的運用，與傳統地質測繪技術相比，傾斜攝影測量技術具有顯著優勢。測繪作業的過程當中，數據收集和采集工作更加方便快捷，能夠將被測對象外形特征實現客觀化反映，能夠提升測量的精度。傾斜攝影測量技術能夠結合所生成的三維模型真實全面反映礦區的地形地貌，保障測繪工作高效化。

3.2 技術操作便利

在傾斜攝影測量過程中，無人機能夠代替飛行平臺，在技術人員控制的情況下合理地調節運動軌跡，利用軟件對其進行處理，以構建立體模型產品，減少人工投入，節省更多的測量時間。另外，傾斜攝影測量技術性價比很高，有助于批量提取、貼紋理，減少地質建模的成本。

3.3 無需選取投影點

傳統地質測繪技術相比于傾斜攝影測量技術存在諸多缺陷，傳統地質測繪技術通常都需要選取投影點，而利用傾斜攝影測量技術則無需對投影點加以選取，可以根據航空攝影的規模成圖針對于傾斜影像紋理批量加以提取，這樣就能夠明顯地促使工作效率得到提高。目前使用傾斜攝影測量技術能夠進一步強化空間管理和規劃工作，相關的人員可以通過利用飛行器以及相應軟件構建三維實體模型，進而滿足礦企實際需求，能夠發揮良好效果，值得推廣與應用。

圖2 像控點布設流程圖

4 無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中的應用

無人機傾斜攝影測量在礦山測繪實際應用中，為提升數據精度與可靠性，往往要布設一定數量的地面控制點，通過將外業采集的航飛影像與地面控制點標定，進行空三加密處理，然后將生產的DOM（數字正射影像）與DEM（數字高程模型）進行內業制圖與外業調繪修正，基本流程如下。

4.1 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節就是像控點的布設，像控點布設不合理，可顯著的降低影像數據的質量。在后期數據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量與完全依賴于像控點的布設密度，而與測繪區域的地形地貌變化幅度等關系較為密切。因此，為了提高無人機傾斜攝影測量工作效率以及影像數據處理質量，一般在地形變化幅度小的區域（如平原地區等）可適當的降低像控點布設密度，而在地形變化幅度較大的區域（高山峽谷地貌）可適當增大像控點布設密度。總體上，像控點的布設應注意以下幾點：①像控點一般布設在容易識別的地物地貌上，即所布設的像控點必須是唯一的，不存在爭議的，一般布設在地形變化較小的山頭、田角等部位；②位于測繪區域范圍以外的像控點的目的在于控制測量整個測繪區域；對于位于圖幅邊部的像控點一般布設在圖框輪廓線以外；③位于航線兩側的像控點，一般布設在左右偏離半徑小于半條基線長度的范圍內；④植被發育的區域以及建筑物密布區域不易作為像控點的布設位置，上述部位因遮擋問題導致測量難度增高，甚至無法獲得準確的地理位置；⑤像控點布設位置應盡可能避開大面積水域或者大功率敷設區域；⑥像控點一般布設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。

4.2 空中三角加密處理

一般來說礦山地形變化較大，植被發育差異明顯。因此，造成無人機傾斜攝影過程中所獲影像數據中不可避免的存在拍攝“漏洞”，即所獲影像數據中存在一定數量的“留白”，該部位的攝影質量是無法達到1：1000大比例尺地形圖測量的基本要求。此時，需要對影像數據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自動存儲的POS數據中包含的方位元素對遮擋區域進行預測，可以有效的密布因遮擋等造成影像數據中的“留白”問題，顯著的提高影像數據的精度。在完成空中三角加密處理后，可以獲得測繪區域的加密校正成果等產品，可進一步生成DOM、DEM、DSM等產品。

4.3 內業數據采集與修補測

在進行數據采集之前需要對影像數據進行三維建模處理，這是由于三維建模是數據采集的基礎，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。在上述操作的基礎上借助配套的軟件對測繪區域的地物地貌進行提取，即數據采集過程中，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、建筑物外側面邊線等信息，能夠顯著的提高最終數據處理精度；②地貌要素的三維信息采集，主要借助數據處理軟件自動化處理，主要包括測繪區域1：1000大比例尺等高線以及相應密度的高程注記點等信息的采集，后期經過人工手動整飾、取舍后可投入使用；③遮擋問題處理，對于遮擋嚴重的區域或者地形地貌有爭議的區域進行標注，使用其他輔助測量方法進行補測、調繪等處理[4]。

5 結語

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術具有精度高、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用越來越廣泛。經過實際對比驗證，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，誤差均在相應比例尺地形圖誤差范圍內，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，有助于推動數字礦山的建設步伐。