無人機傾斜攝影測量在礦山測繪中的應用

黃宗劍

摘要：礦山測繪能夠為礦山建設、資源開發提供數據支持，確保礦山開采效率和效益，推進礦山建設。傳統礦山測繪技術的測繪時間比較長，且測繪效率比較低，無法滿足快速成圖要求。在定位技術、無人機技術和通訊技術快速發展過程中，礦山測繪中開始應用傾斜攝影測量技術，技術應用效果顯著。

關鍵詞：無人機傾斜攝影測量;礦山測繪;應用

1無人機傾斜攝影測量技術概述

無人機傾斜攝影測量技術是在無人機垂直攝影技術的基礎上發展起來的，解決了無人機垂直攝影技術只能獲得垂直方向航拍影像數據的弊端，攻克了多角度、多方位獲取測繪區域地面信息的技術難關。無人機傾斜攝影測量技術早期階段主要應用于建筑物外立面紋理信息的獲取上，在礦山地形測量、工程測量等領域應用較少。隨著動態GPS技術、圖像融合處理以及多元數據處理系統的快速發展，解決了傾斜攝影數據處理難的問題，其應用領域也越來越廣泛，如地形測量、工程測量等。傾斜攝影三維自動建模軟件屬于自動化建模軟件，能夠通過多源序列影像生成高分辨率三維模型。建模軟件通過全自動空三解算，建立不規則三角網絡，自動化紋理映射，快速建立三維模型。該建模軟件通過傾斜攝影能夠在垂直影像上獲取結構信息，并且基于單張影像測量原理獲取建筑立面結構，通過調整、提拉和編輯等操作獲取精細單體化模型。通過傾斜攝影紋理采集特點，能夠從影像中采集模型貼圖，自動化生成模型貼圖。

2無人機傾斜攝影技術在礦山測繪中的應用

2.1項目概況

此次研究以某礦山作為測繪對象，礦山的地理條件復雜，且區域危險性比較高，地質環境的差異比較大。測繪面積為19×104m2，劃分為10個測繪區。四旋翼飛行平臺能夠確保飛行穩定性和性能。荷載重量為3kg，續航時間為1.3h，飛行高度為400m，地面站控制半徑超過8km。專業傾斜攝影相機，該無人機所應用的攝像機分辨率高，且覆蓋范圍廣。攝影相機總像素大于1億，重量1.68kg，分辨率為0.01～0.1m，記憶卡存儲在應用無人機傾斜攝影技術時，必須滿足環境氣候條件，選擇在晴朗無風天氣下飛行。

2.2影像獲取與預處理

在開始航攝之前，必須設定基本航向。明確測繪無人機現狀的同時，全面分析無人機性能、參數與飛行時間等，以此開展外業傾斜攝影。在航空攝影期間，能夠獲得不同傾斜角度影像資料，同時可以實現影像自動化拍攝，獲得傾斜影像資料。完成區域內數據采集后，對數據進行預處理。選擇適宜的拍攝影像，將影像反射到虛擬影像中，以此減少地面豎直物體的重影問題。

2.3像片控制測量

像片控制測量有助于提升測繪結果的精度，在布設控制點時，應當參考標準要求設置。此次測繪選擇航向重疊度為65%，旁向重疊度為60%。在布設像控點時，應當關注到以下問題：第一，根據測繪區域的地形地貌，劃分不同的測繪區域。測繪區域外的像控點，多設置在輪廓線以外，位于航向基線數量在1條以上，旁向超過100m位置;第二，在選擇像控點時，應當聯合測繪區域的地形地貌，選擇易識別、無爭議的區域，例如明顯的地物標志;第三，在山頭選擇像控點時，可以在地形起伏小的區域，以此確保測量結果的精度。在布設像片控制點時，應當選擇高程變化小的區域，以此提升傾斜攝影測量精度;第四，針對制備發育區域，存在高大構筑物的區域，則會加大像控點布設難度。在開展業內測量時，會出現測量遮擋視線問題，從而降低測量精度;第五，當測繪區域內存在大面積水域時，會加大像控點布設難度;第六，在布設像控點時，應當全面分析測繪區域的交通條件，選擇交通條件良好，便于存儲的區域。

2.4空中三角加密處理

在礦山測繪工作中，極易受到外部環境干擾，例如建筑物和植被等，致使無人機傾斜攝影期間，地面控制點測量無法滿足實際需求，小區域測繪存在盲區等問題，從而導致測繪結果不滿足標準要求。為了處理以上問題，應當做好空中三角加密處理與校正，以此彌補測繪精度不足問題。對于空中三角加密處理來說，主要是建立影像外方位元素，以此確保預算準確性，聯合相關軟件消除干擾因素，全面提升測量精度，以此改善地形條件比較差的區域。

2.5三維建模與數據采集

在建立三維數據模型時，需要通過多角度傾斜影像的校正操作、聯合平差操作、多視匹配操作等，以此獲得三維傾斜模型。完成三維數據模型建立后，可以通過數據處理軟件獲得區域內的地貌和地物數據。數據采集所涉及的內容如下：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。

2.6外業調繪及補測

通過上文分析可知，在航空拍攝操作中，無人機傾斜攝影技術會出現拍攝盲區。在建筑物遮擋與植被茂盛區域無法獲得影像。所以在內業處理期間，必須準確標注上述區域，開展外業調繪和補測。

2.7測繪數據處理

完成礦山測繪外業后，通過多視圖多維重建技術處理任意像片。將數碼影像導入到軟件內，自動化生成高質量正射影像，建立高分辨率三維模型，可以獲得毫米級精度的模型。像片導入后，通過計算機技術縮短數據處理時間，在多臺計算機上實現引擎運行，之后在作業隊列中關聯，以此獲得實景模型。在此次測繪工作中，共獲取12121張像片，將POS數據和像片導入到軟件內，按照照片自帶參數信息與位置信息排列。軟件自動開展空間三角加密處理，添加多個地面像控點坐標，以此確保工程地理坐標和模型坐標相同。通過準確計算后，可以自動化獲取航片特征點，匹配同名點，以此計算像片的空間位置與姿態角，確定像片關系。此次測繪采集數據源于多個架次，因此會出現空間三角加密點片層變形和偏移問題，因此必須詳細記錄姿態信息與航片信息。通過新建任務塊加載航片，融合姿態信息和位置信息，反算獲得地形加密點數據。在獲得無紋理信息、不規則三角網之后，可以從航片中選擇高像素紋理著色，以此確保三維模型的真實度。應用傳統方式檢驗精度時，將像控點坐標作為真實數據，通過模型可以獲取監測值，計算二者差值，可以獲得數據高程誤差，約為0.01m，平面坐標誤差為0.08m，所以可以滿足測量要求。

在應用傳統測繪技術時，需要投入大量人力與物力。比如專人操控測量設備，專人旁站監指揮測量，專人分析和處理數據。在應用無人機測繪技術時，只需要專人操控無人機即可，可以實現自動化數據采集與自動化分析數據。采用傳統測量設施時，無法深入到狹窄區域或者復雜區域監測，對于清晰度不足的影像，還需要多次進行測量，且成圖時間比較長。而應用無人機測繪技術時，能夠進入到復雜、危險區域內拍攝，且成圖質量高，能夠縮短成圖時間，應用價值高。

3結語

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術可以擴大數據采集范圍，且測量結果的精度與準確度非常高，可以有效應用于礦山規劃與勘測工作中。應用無人機傾斜攝影測量開展礦山測繪工作時，應當聯合礦區實際情況，制定無人機航行路線，科學布設像控點，全面采集數據和信息，以此確保數據處理效果。

參考文獻：

[1]無人機航測技術在礦山測繪中的應用[J].楊亞君.世界有色金屬.2021（13）

[2]基于無人機航測的礦山地形信息測量方法[J].孫時鐘.中國金屬通報.2021（04）