無人機三維傾斜攝影技術在礦山監測中的應用

李亞東

（安徽省地球物理地球化學勘查技術院，安徽 合肥 230000）

礦山資源的分布條件非常惡劣與復雜，要實現礦山資源的順利開發，保護區域環境，礦山企業在項目實施時，就需要借助于先進的測繪技術來進行礦山監測，保障監測的全面性與實時性。

傳統測繪技術在應用于礦山監測時存在著效率低下、精度不足的缺陷，在越來越復雜的礦山監測中，這些傳統測繪技術顯然不適用。

隨著無人機三維傾斜攝影測量技術的不斷發展，該技術在礦山監測中的應用優勢凸顯，在未來將具有廣闊的發展潛力，必將帶動礦山行業的現代化。

1 概述無人機三維攝影技術的基本內容

無人機指的是無人駕駛的或者具備自動駕駛功能的飛機或者飛行器，在飛行時可以通過無線遙感設備來實現全面控制，無人機的飛行過程也就是其觀測和采集信息的過程，在獲得了全面的觀測信息以后，無人機系統的通信模塊會及時將此信息傳輸回去，而地面接收設備就可以自動對這些信息加以篩選、分析與整合[1]。與傳統的測繪技術相比，無人機的靈活性高、更為輕便、經濟效益高、采集范圍廣，這一系列的優勢使得無人機在地質地形監測和保護、礦山監測等領域有著極為廣泛的應用。

無人機系統中包含了多個模塊和要素，主要體現在：①飛行平臺，這一模塊主要負責的是飛行和數據采集；②控制系統；這一構成要素的作用是進行全過程的控制，比如，飛機的飛行和命令發送都是由其來實現的，在這一系統中實現了飛行控制和設備管理、定位等各種技術的綜合應用；③攝影傳感系統，該系統在無人機的飛行過程中，利用攝影傳感器，就可以有效實現定點曝光控制，通過對焦固定、相機鎖定等技術，有保障了三維地面信息攝影的全面性；④地面接收系統，這一模塊可以及時接收飛行器所采集的信息，對信息加以有效整合與處理[2]。

無人機三維傾斜攝影測量技術作為新型技術，該技術在實際的應用過程中，可以從多個角度來完成信息的采集，具有信息采集的全方位性，其工作原理如圖1 所示。

基于無人機三維傾斜攝影測量技術的應用原理，該技術在礦山工程實施中的優勢突出，是其他技術所難以比擬的：①該技術下，完全可以實現全方位、全過程的監控，可以為礦山作業提供切實的指導和依據；②垂直、傾斜等多個角度的信息采集都可實現，所獲得的信息更為完整和準確；③數據的傳輸更為便捷和高效，在一定范圍內可以實現數據共享。

2 無人機傾斜攝影技術在礦山測繪中的應用

2.1 需求調研

在礦山監測中，要發揮無人機傾斜攝影測量的技術優勢，需首先根據礦山工程的具體情況，來確定無人機航拍的區域，在范圍確定時，應適當將實際的航拍區域加以一定的外擴，以提升數據的覆蓋范圍。為保障采集數據的精確性，提高成像分辨率和清晰度，一般要將DOM 分辨率設為0.1m，而三維模型分辨率設為0.2m。

2.2 布設控點

對礦山區域內的地質地形等開展全面分析，合理布設控點。如果在控點布設的過程中，面臨的是山頭條件，需盡量將控點布設在相對平坦的山頭，一旦將控點布設在高層范圍內，可能會存在建筑物、植被等的遮擋，對保障測量數據的精度非常不利[3]。

2.3 外業航拍

外業航拍進行時，為保障航拍的全覆蓋性，一般要在同一飛行平臺上搭載5 個傳感器，從不同角度來進行影像采集與獲取。在相片拍攝的同時，專業人員需要記錄詳細的參數，比如，要包含航高、航速、航向、旁向重疊等多種信息，隨后在航測和記錄的基礎上進行全部傾斜影像的處理[4]。

無人機傾斜攝影測量技術下，最終所獲得的傾斜影像不僅可以更為準確、清晰地反映地物的具體特征，還可以通過定位技術等的融入和應用，在其中嵌入更為多樣的信息，從而使得傾斜影像的價值大大提升。

2.4 內業處理階段

2.4.1 數據檢查

內業處理階段，數據檢查的重點要放在對飛行質量、影像的檢查方面，其檢查指標主要包含了影像重疊度、像片傾角與旋角、航線彎曲度等的檢查，如果在數據檢查中發現所獲得的影像與設計要求不相符合，將需要根據現場的實際情況，來重新進行無人機測量。

2.4.2 空三加密

內業數據的處理方面，空三角加密是最為關鍵的處理環節，當獲得了相應的測量數據以后，專業人員可以采用光束法區域網聯合平差的方式，來獲得最終的結果[5]。聯合平差下，主要是將不同觀測方式下的數據加以平差，而外方位元素的初始值選用控制點坐標、像片POS 姿態數據。

2.4.3 實景三維模型建立

實景三維模型建立的過程中，需要利用專門的建模軟件，比如，可以選用Pix4Dmapper 等內業處理軟件。

3 無人機傾斜攝影測量技術的其他應用及實例分析

3.1 無人機傾斜攝影測量技術的其他應用

無人機三維傾斜攝影技術具有先進性，其技術優勢非常突出，而這也為這一技術在其他領域的應用與推廣提供了更多的可能性。無人機傾斜攝影技術主要應用于以下方面：①城市規劃，在這一技術下，可以直接通過三維實景模型的構建來更為直觀地呈現城市構造，實現對城市全貌的了解，為有關部門的規劃和設計提供參考；②礦山監測，無人機傾斜攝影測量下，可以及時獲得礦區內的全部影像資料，影像資料的獲取更為便捷與高效，礦山企業可以直接利用這些影像資料來進行相應的生產工作；③電力規劃，隨著我國電力事業的穩步發展，電力工程的建設規模逐步擴大，在電力線路的規劃建設中，無人機傾斜攝影技術可以通過三維實體模型的構建，進行線路規劃和設計，保障電力工程各個細節設計的效果。

3.2 無人機三維傾斜技術在礦山監測中的應用實例分析

以某礦區為例，根據礦區實際情況的調查，最終選用的是無人機三維傾斜技術，在此技術下，可以更為全面、準確地獲得礦山區域的各種信息。

無人機三維傾斜攝影技術下，要首先根據礦區內的具體情況，來確定拍攝范圍，隨后，在此基礎上進行相應的科學的航線設計、控制點布設。航拍過程中，相關參數設定如下：飛行區域為10m2，飛行高度500m。航線設計方面，需嚴格根據Kappa 角的變化來確定航帶劃分情況，隨后在此基礎上保障航線設計的合理性。

4 結語

近年來，隨著我國礦山工程的增多，無人機三維傾斜攝影技術在此類工程中的作用也越來越突出，為最大程度上發揮無人機三維傾斜攝影技術的優勢，在礦山監測中，相關人員就需要嚴格根據礦區的具體情況，來進行航拍參數、路線等的科學設計，保障監測范圍的全面性、監測數據的準確性，用監測數據與信息來指導礦山開采作業，使得礦山工程最大的經濟與社會效益。