無人機傾斜攝影測量在礦山測繪中的應用研究探討

劉坤生

伴隨著中國民航業的發展，中國北斗系統的發展，推動了無人機傾斜攝影測量的發展。礦山建設與大規模采掘地形測量有著密切的聯系，在此基礎上，進行礦山測繪工作有利于礦山的開發和管理，從而提升礦山測繪整體質量。現階段，隨著礦山應用要求不斷提高，其無人機傾斜攝影測量質量和效率已經成為評價礦山工作的重要標準。無人機傾斜攝影技術與傳統的測量、繪圖方法相比，可以實現對多角度航像的監視與測繪，具有周期短、精度高等優點，在各行業具有廣泛的應用前景。

1 無人機傾斜攝影測量技術概況及應用現狀

1.1 無人機傾斜攝影測量技術概況

近幾年來，無人機傾斜攝影測量技術被廣泛應用。利用無人機攝影測量技術，實現了多角度、多方向的數據測量。但隨著無人機在我國的快速發展，相關測試技術也在逐步完善，主要應用于垂直數據測量。無人機傾斜攝影測量技術通過對綜合圖像匹配技術和相應的 GPS定位技術，已經在各個領域得到了廣泛應用。無人機傾斜攝影技術是一種高度自動化的測量繪圖過程，避免了人為因素造成的錯誤風險，可以大大降低人力資源的消耗，深入優化測量繪圖工作。在使用傾斜攝影時，首先要注意周圍的地形。其次，為了消除冗余誤差，必須對監測數據進行預處理。最后，將在線輸入預處理數據進行計算分析，得到必要的測量、繪圖數據。如圖1是無人機傾斜攝影測量在礦山測繪中的應用。

無人機傾斜攝影技術是基于無人機平臺上實現一種技術，通過多個航拍相機，可以進行不同角度的拍攝，從而形成區域的成像技術，該技術在礦山測繪中起著非常重要的作用，可以進行定位，并將建模等技術進行融合，從而生成真實感模型。在實際應用中，需要通過航拍圖像、POS信息、傳感器參數等參數來采集圖像數據，以便對現場進行光線檢測。基于該模型，對辦公數據進行處理，加強控制點之間的圖像關聯，通過空間的三維運算，最終完成三維實景模型和 DEM模型的建立，從而滿足了測繪領域對該領域的需求。

1.2 無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中的應用現狀

無人機傾斜攝影過程可以實現多角度測量，最大限度滿足測量人員對測量、繪圖的需求。不僅可以減少測量的數量，而且可以使數據處理過程更直觀、立體。常規礦山測量工作中，采用正視圖攝影，往往超出測量范圍，無法實現對現有礦山的全角度探測。采用傾角攝影技術，采集的大量數據可以從宏觀上分析礦山，同時從局部的角度綜合捕捉到了一些具體的信息和狀態，克服了傳統測圖方法下測圖結果的局限性。

在礦山開采質量監測、礦山采掘等各種測繪工作中，由于掃雷的復雜性和傳統攝影的局限性，很難用傳統的方法實現礦山資料的全面采集。在采集、存儲過程中需要人工測量，傳統的消息傳遞操作會受到一定的影響，導致數據存在一定的偏差。同時，由于測繪時間長，數據保留和處理誤差較大，導致制圖效率低、成果精度低，很難取得較好的繪制效果。運用傾斜攝影的功能和適用性，使無人機傾斜攝影在礦山測繪中能夠突破傳統攝影的界限。智能化操作能快速完成礦山全景探測，從多角度采集數據，得到結果圖像，從而完成礦山的測繪。另外，通過采用分段提取和紋理巴氏滅菌技術的方式可以有效的提高測繪質量，同時并保證礦山勘測成本，直觀的觀察礦山測繪相應的細節。

2 無人機傾斜攝影技術的測繪方式及優勢

2.1 無人機傾斜攝影技術的測繪方式

2.1.1 測繪初期的實地勘察

無人機在進行礦山測繪時，主管人員應臨時確定要測量的礦區，并使用無人機試樣在射擊過程中調整分辨率，使其達到最優的分辨率。為了避免采礦信息不完全，導致采礦不能順利進行，火災等級通常必須大于實際施工面積。

2.1.2 根據實際的數據信息確定航拍路線

接收到具體的礦山信息后，相關人員要及時對數據進行處理，同時并進行數據記錄，從而增加無人機分辨率等相關參數，再通過具體的計算分析，確定相應的飛行軌跡。

2.1.3 航拍數據信息的處理

在礦山測繪過程中，無人機傾斜攝影測量技術的應用可以有效的增加航拍數據信息的處理，無人機可以通過多角度的方式對礦山進行攝影，同時并對相應的資料和數據進行分析和整理，加強航拍方向和飛行方向。通過無人機傾斜攝影技術的應用可以對礦山數據進行處理，通過專業軟件獲取的數據，建立三維模型，以指導和協助后續的采礦作業。

2.1.4 對測繪結果實施分析評價

無人機數據獲取后，相關人員必須對無人機的調查結果進行評價和分析。控制結果的準確性關系到評價的可靠性。為實現這一目標，需要確定無人機的空中記錄檢查點是否已完成，是否符合相關標準和規范，進行篩選，并且只能在檢查點達到標準和期望時使用。

自動建模軟件是無人機傾斜攝影的重要技術之一，同時也可以提高三維模型自身的分辨率，利用三維空間，自動生成紋理，快速生成三維模型。外形軟件利用傾斜攝影獲取垂直圖像的結構信息，根據單一圖像測量原理得到建筑立面結構，通過自適應、提升、編輯等方法獲得精細的單體模型，由于照片的紋理記錄特性，模型可以收集和自動生成。

2.2 無人機傾斜攝影技術在礦山測繪中的應用優勢

無人機傾斜攝影的應用，可以有效地節約成本。但是，在測量過程中，由于人工成本的降低，只有利用無人機和計算機技術，才能實現高精度測量和避免復雜的建模。無人機傾斜攝影與傳統測量方法相比，具有更大的測量范圍，可以充分滿足人們對信息的需要。因此，無人機傾斜技術的應用可以有效的增加信息數據的傳遞，保證通信網絡存儲性，保證在有效的時間內容完成數據的傳輸。

2.2.1 監測效率高

監測效率是無人機傾斜技術的優勢之一，它可以對礦山地質地形進行測繪，從而在礦山測繪中得到了廣泛的應用。由于礦山自身的測繪范圍過廣，其資料涉及內容過多，如果在監測過程中，其測繪的效率直接影響到礦山測繪的水平。另外，相對于其它測量和制圖技術而言，無人機傾斜攝影技術同時也杰結合了數字傳感器、全球定位技術等相關技術，這可以提高水雷測量和制圖的效率。

2.2.2 靈活性高

與航拍照片相比，無人機輕快。在操作過程中，無需駕駛員減輕體重，提高操作和控制的靈活性。無人機傾斜攝影技術的應用可以監測不同礦區的環境信息，確保良好的監測狀態，提高礦山測繪和測繪的準確性。

2.2.3 數據分辨率高

無人機傾斜攝影技術由數字傳感器、飛行器、數據處理系統組成。無人機傾斜攝影通過不同設備系統的優化組合，提高分辨率。UAV傾斜成像的分辨率超過了衛星圖像的3倍，可以達到0.1M的精度。

3 無人機傾斜攝影測量在礦山測繪中的相關技術

3.1 控制測量相片技術

通過合理的測量方法控制測量圖像，提高相關信息的準確性，為后續繪圖提供數據支持。并且，在測量過程中，管理者必須完全按照相關的標準來定義。因此，在確定控制點時，相關人員應科學合理地共享地圖區域，確保輪廓上有適當的控制點，且線路長度大于起點，最佳位置在100m以上。另外，在路徑上的兩個預定義點到達徑向路徑的航路點，這必須是基線的一半，而與該地點所選區域相對應的控制點區域也應仔細描述。在控制點的選擇上，應選擇一定的緩沖區或緩沖區，以提高測量精度，只要稍微改變控制點的地形變化，就可以提高攝影測量的精度。

3.2 數據采集與三維建模技術

利用各種軟件進行處理，可獲得礦區的三維模型。該模型可為礦區的三維數據采集提供強有力的支持。有關人員可以利用支持一定角度記錄的數據處理軟件來采集典型數據，主要包括三個方面：第一，手動捕獲相應區域中圖像控制點的內容；第二，自動收集該區域的三維信息，并自動提取相關輪廓和高度信息，僅需人工操作即可。第三，是根據公布的地形圖的比例來確定攀爬路線和高度點距離的數據采集過程。開展上述環節的數據收集工作時，有關人員必須嚴格按照國家標準和規范進行，以確保數據收集盡可能可靠，并為后續工作的順利開展奠定基礎。

3.3 空中三角剖分加密技術

在繪制過程中，測量和繪制容易受到環境、植被等外部因素的影響。由于外界原因，無人機在使用傾斜成像時，不能滿足有關地面控制測量的標準。同時，三角加密具有明顯的特性，可以彌補不符合硬度標準的現象。在此基礎上，提出了一種新的方法，即通過一定的軟件對圖像外元素進行精確評價，從而提高了測量精度和可靠性，改善了地形成圖條件，使成圖結果更加穩定、準確。基于三角加密處理，根據礦山地圖數據的輸出，分別建立了DOM、DEM和DSM三種模型。

3.4 點云數據獲取技術

由于傾斜攝影測量獲得的圖像數據包含了垂直和傾斜的角度數據，因此在計算數據時要考慮多角度、多層面的問題。測量過程采用多視圖公共空中三角測量加密技術，通過提取連接點，修正生成連續的密集點云數據。在采集密集點云數據時，需要對云數據進行提取、整合，并通過特殊協調獲得飛行過程中自動存儲的POS數據外方位元素，從而生成密集的DSM數據，為三維雷場的建立建立起參照基礎，如有問題要立即進行測量，并確保地形數據的準確性和可靠性。

3.5 外業調繪及補測技術

在以上分析的基礎上進行的實地測量和其他調查表明，無人機傾斜攝影技術將具有旋轉范圍。由于在有建筑物或有茂密植被的地區無法采集圖像，因此，在進行室內處理和現場測繪時，必須準確識別上述區域，并進行外業調繪。如前面提到的，如果產生的地形圖有誤，應及時進行現場測繪，并附加測量計算。無人機傾斜攝影測量技術雖然可以大大減少拍攝盲點，但仍然不能避免對建筑物、地形造成的干擾，在此情況下，還需要用其他測量方式和方法進行現場輔助測量等，因此，對于室內圖像數據的處理，應在照片上注明空白面，及時進行區域調整和補充測量。另外，無人機傾斜攝影測量的精確度必須通過標記法或其它測量手段來處理和解決爭議場地和室內處理中的問題。

4 無人機傾斜攝影技術在礦山測繪中的應用及未來展望

4.1 無人機傾斜攝影技術在礦山測繪中的應用

4.1.1 在礦山開采規劃設計中的應用

無人機傾斜攝影能為礦山規劃和設計提供大量的圖紙簽名數據，為后續的測繪工作提供充足的數據。無人機傾斜攝影技術得到的數據精度較高，可改善區域RGS目標特征結構，提供安全可靠的數據，為后續開采提供數據支持。如無人機傾斜成像技術，可對全礦區域太陽輻射量和強度進行測量，使之符合礦區結構要求，科學合理。另外，通過測量數據可以建立數學模型，更好地分析二者之間的差距，使采礦活動效率達到最大化。

4.1.2 開采規劃中的應用

為建立更加完善的采礦系統，工人們經常需要在開礦之前進行大量的數據采集和礦床調查。UAV傾斜攝像技術可以采集礦區的規劃設計、地形、高度等數據，并將采集的數據傳輸到計算機上，在計算機上繪制礦山地形圖，實現了礦山高精度的測繪。

實踐中，首先要利用CAD軟件，將所收集到的各種信息輸入系統，包括礦山周圍環境和礦山的數據，然后利用 CAD軟件對礦山及周邊環境進行規劃，生成礦山地形圖的三維圖像，對礦山地形圖進行分析，解決了目前存在的諸多問題，需要明確礦山目前的結構特點，以確保建設項目與城市規劃高度平衡，使項目更有意義。

礦區地面影像采用傾斜攝影技術，接收影像后進行空中三角測量，可以捕捉和提取圖像數據，實現了礦區的三維建模，使有關數據的計算與分析更加清晰，提高了礦山測繪結果的準確性和效率。

4.1.3 在測繪數據處理中的應用

礦山測繪野外工作完成后，所有照片均采用多維重建技術進行處理。將圖像導入軟件引入自動生成高質量正射圖像，生成毫米精度的高分辨率三維模型；引入圖像后，利用計算機技術縮短數據處理時間，通過多臺計算機運行，通過隊列關聯獲得真實的場景模型，在這次測繪中，采集了12121幅圖像，根據POS數據和照片輸入軟件中，根據照片本身的參數信息和位置信息對圖像進行排序。

另外，自動化提取地貌上的三維信息，包括高度標記點和等高線的收集，然后通過現代處理軟件進行手動集成和處理。在此基礎上，通過精確的計算，自動測定了氣動特性，給出了同名點，計算了空間位置和位置角度，并確定了像間關系。因為當時所采集的測量和制圖資料均采用多類分類，會對三角加密點產生變形和偏移，所以必須詳細記錄設定和航片信息。

在獲取非紋理信息和不規則三角剖分的基礎上，從航拍圖像中選取高像素紋理，保證三維模型的真實性。在精度檢驗中，傳統的方法是使用圖像控制點坐標作為數據。用此模型可以確定監測值，并計算其差值，高度誤差在0.01 M左右，水平坐標檢測器0.08m，滿足測量要求。

應用傳統的測量繪圖技術需要投入大量的人力物力。例如，測量設備有專人控制，有專人隨時監控測量情況，有專人分析處理數據。無人機繪圖技術，無人駕駛，可實現自動數據采集和數據自動分析，對圖像清晰度不高的圖像，一般要進行測量，而且繪制時間較長。無人機繪圖技術可以進入復雜危險區域射擊，測圖質量高，時間短，具有較高的應用價值。

4.2 無人機傾斜攝影測量技術未來展望

本論文采用無人機傾斜攝影測量技術進行礦山測繪。實踐表明，該技術能夠快速地提取測圖區域的影像數據，并將地物信息集成到測圖區，建立三維模型，為礦山開發利用提供更加清晰、可靠的施工資料、礦山開發和應用資料。

數字化方向是監視制圖技術發展的新方向。測繪技術可應用于工程測量、繪圖，操作人員可以聯合作圖，提高監測、繪圖技術的效率，減輕操作員的工作壓力，優化工作流程設計。同時，可以及時收集有關信息和數據進行探測，如發現數據誤差較大，及時上報，確保施工人員核實，為后續工作提供良好的依據。

5 結語

綜上所述，以礦山資源、測繪數據為基礎，進行礦產資源的開采與利用，是礦山科學建設的基礎。無人機傾斜攝影在資料處理和多角度攝影方面優于以往的正攝對比，不但大大提高了工作精度，而且節約了成本和投資，具有良好的應用前景。無人機傾斜攝影的任務是全面而復雜的，它不僅可以控制整個工程施工過程，還可以進行全面的三維建模，對規劃方案進行相應的優化和改進，還可以科學、合理地控制細節，為礦山目標各區域的日光、光照以及視野分析提供最科學合理的應急處理方案。通過對無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中的應用優勢分析得出，未來城市規劃與管理的發展方向，廣泛的應用于測量和測繪，可以有效的促進礦山測繪的高效發展。