無人機傾斜攝影技術礦山地形精準測量方法應用探究

摘" 要：傳統測量方法效率低、勞動強度大、安全風險高，已不能滿足現代化礦山管理的需求。無人機傾斜攝影測量技術以其高效率、高精度、低成本等優勢，為礦山地形測量提供了新的解決方案。在闡述無人機傾斜攝影測量原理的基礎上，分析了該技術在礦山地形測量中的優勢，并詳細介紹了技術應用流程，包括飛行準備、數據獲取、數據處理、成果輸出與應用等環節，旨在推廣無人機傾斜攝影測量技術在礦山工程測量領域的應用。

關鍵詞：無人機 "傾斜攝影 "礦山地形 "三維模型

中圖分類號：TD17

Exploration on the Application of Precise Measurement Method for Mine Terrain Based on Drone Oblique Photography Technology

WANG Xiabing¹"" LI Linlin¹"" XUAN Yunhui^2*"" LIANG Jing¹"" LEI Shan¹

1.Henan College of Surveying and Mapping， Zhengzhou， He’nan Province， 450000 China; 2. Zhongyun International Engineering Co.， Ltd.， Zhengzhou， He’nan Province， 450000 China

Abstract： Traditional measurement methods have low efficiency， high labor intensity， and high safety risks， and can no longer meet the needs of modern mine management. The drone oblique photogrammetry technology provides a new solution for mining terrain measurement due to its advantages of high efficiency， high precision， and low cost. On the basis of explaining the principle of drone oblique photogrammetry， the advantages of this technology in mining terrain measurement are analyzed， and the technical application process is detailed， including flight preparation， data acquisition， data processing， output and application of results， aiming to promote the application of drone oblique photogrammetry technology in the field of mining engineering measurement.

Key Wwords： Unmanned aerial vehicleDrone; Oblique photography; Mine terraintopography; Three-dimensional model

礦山地形測量是礦山工程建設、資源開采、生態修復等工作的重要基礎性工作，準確掌握礦區地形特征，對于優化礦山開采設計、指導礦區基礎設施建設、評估開采對環境的影響、制訂生態恢復方案等具有重要意義。傳統的礦山地形測量主要采用全站儀、實時動態測量技術（Real-time kinematic）?等設備，通過測量散點獲取地形數據，這種方法作業效率低、野外工作量大，并且受到作業環境的限制，往往難以獲取陡崖、危險區等特殊地形的數據，已不能滿足數字化礦山建設對地形數據精度、時效性的要求。無人機傾斜攝影技術憑借其獨特的數據采集方式，為礦山地形測量效率的提升開辟了新的途徑。本文針對基于無人機傾斜攝影技術的礦山地形精準測量方法進行了探究。""""""""""""""""""""""""""""""""""""nbsp;"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

1" 礦山地形測量中無人機傾斜攝影技術的優勢

1.1" 高效性

與傳統的人工地面測量相比，無人機傾斜攝影具有作業自動化程度高、獲取數據速度快等顯著優勢。傳統測量模式下，測量人員需要背負重型儀器設備，在崎嶇復雜的礦區地形中穿梭往來，逐點采集地物坐標信息，人力物力消耗大、工作強度高，并且點位布設受地形條件限制，數據采集進度緩慢。而采用無人機傾斜攝影技術，只需要在露天礦邊緣區域指定起降點，規劃飛行航線，操控無人機自主執行數據采集任務，便可以對礦區及周邊地帶進行全覆蓋、高分辨率的影像獲取，并且飛行速度快、續航時間長，可以連續作業數小時乃至全天候，大幅度提高了外業測繪效率^[1]。

得益于無人機傾斜攝影系統的高度集成化與自動化，數據采集的工作流程得以精簡優化：利用傾斜攝影相機的多鏡頭組合，可以實現對地物同步多角度、大范圍成像；搭配高精度POS系統，可以自動記錄飛行狀態參數，快速解算影像姿態信息；配合智能飛控系統，可以實現自主飛行和自動曝光控制，減少了人工操作環節。如此一來，野外作業從繁重的跋涉探測，轉變為集成化的航飛控制，測繪人員從體力勞動中解放出來，將更多精力投入測量設計、質量監控等關鍵環節，降低了人為失誤風險，保障了數據采集質量。某露天礦的實際應用表明，面對數百萬平方米的礦區，無人機傾斜攝影僅需要一天即可完成數據獲取，而處理數據、生成三維模型也在數日內即可完成，效率遠超傳統RTK測量，體現了無人機傾斜攝影的快速反應與高效出圖能力，無人機傾斜攝影技術正以其卓越的效率優勢，為礦山地形測繪領域帶來革命性變革，有力推動著礦區空間數據獲取方式的智能化、自動化發展。

1.2" 安全性

礦山環境復雜多變，地形地貌千姿百態，采空區、廢棄巷道、高陡邊坡等危險區域密布，給傳統人工地面測量作業帶來諸多安全隱患。測量人員為采集數據不得不進入礦區腹地，面臨塌方、落石、滑坡、中毒等多重威脅，時刻承受著生命危險，并且由于視野受限、站位角度局限等原因，難以對位置危險或視線盲區獲取完整、準確的地形數據，測量成果質量大打折扣^[2]。

無人機傾斜攝影技術克服了地面測量的諸多局限，實現了高安全性的非接觸式測繪作業，無人機體積小、重量輕、靈活性好，可以在高空中執行預設航線，對地面目標實施遠距離、俯瞰式、全方位立體成像，杜絕了人員深入危險區域的需要。通過科學合理地規劃航線，優選安全的起降場地，無人機可以對礦區開采平臺、采場邊坡、排土場等關鍵區域反復飛行拍攝，多視角、多層次、高分辨率地記錄地物信息，即便是陡峭邊坡、狹窄空隙也能輕松覆蓋到位，獲取全面完整的影像數據，如此一來，既排除了地面探測的人身安全隱患，又突破了視線阻隔對測量成果的局限，大幅度提高了數據獲取的安全系數和完備程度。

配備先進的飛控避障系統，無人機可以感知復雜環境，規避地形障礙物，降低飛行事故風險，即便在狂風、沙塵等惡劣條件下，也能夠穩定執行測繪任務，進一步確保了數據采集的安全可靠。無人機傾斜攝影以其靈活、智能、非接觸的技術優勢，為礦山測繪人員撐起“空中安全傘”，極大改善了野外作業條件，為露天礦地形測量提供了高安全性保障。

1.3" 低成本

在礦山測繪領域，成本控制是一個永恒的話題，常規的礦山地形測量作業，需要組織多人團隊奔赴野外，攜帶各類高精度測量設備，在現場逐點采集數據，人力成本和設備投入費用高昂。由于礦區環境惡劣，測量儀器長期暴露在風吹日曬、粉塵污染之下，損耗速度加快，維護保養支出不斷攀升，傳統測繪方式成本高企，已難以滿足現代化礦山管理對精細化、低成本測繪的需求^[3]。

無人機傾斜攝影技術為礦山地形測量成本控制帶來新的突破口，相比多人組團作業，無人機航測可以大幅度壓縮外業人員數量，通常一名飛手即可獨立完成數據采集任務，節省大量人力成本。并且無人機體積小、重量輕、攜帶方便，可以就近選擇起降場地，減少人員車輛的長距離運輸投入，更為重要的是，在硬件設備購置和使用維護方面，無人機傾斜攝影系統較常規測量設備有明顯成本優勢。一套標準的傾斜攝影無人機，價格僅為高端全站儀、RTK等設備的幾分之一，并且設備輕便耐用，便于分解運輸和長期存儲，可以重復利用數百次，平攤到單次作業的成本更為低廉。

以某露天煤礦為例，該礦采用無人機傾斜攝影開展地形測量，單位面積成本較采用激光雷達降低80%，較采用全站儀降低90%，經濟效益十分顯著。由此可見，憑借作業人員少、硬件投入低、設備利用率高等優點，無人機傾斜攝影大幅度拉低了礦山地形測繪門檻，單位面積成本遠低于傳統測繪模式，為礦山企業擴大測繪規模、提高測繪頻次、實現測繪增效提供了低成本解決方案，在礦業測繪市場掀起了一場“低成本革命”。

2" 無人機傾斜攝影在礦山測量中的應用

2.1" 飛行準備

在開展無人機傾斜攝影測量工作前，需要做好飛行準備工作，包括現場踏勘、制訂飛行計劃、布設相控點等。需要對礦區及周邊環境進行實地考察，了解地形起伏、地表覆被、通視條件等情況，確定最佳起降位置和飛行路線，根據礦區面積、地形特點、測量精度等要求，合理設計航線參數，包括飛行高度、航向重疊度、旁向重疊度等，確保影像數據完整覆蓋待測區域。在自動航線規劃軟件中，導入礦區邊界范圍，設置航線參數，自動生成航線，并結合實際情況進行優化調整，避開高壓線、通信塔等障礙物，確保飛行安全。為提高空中加密精度，需要在測區內布設一定數量的像控點，利用RTK、全站儀等高精度測量設備獲取像控點坐標，布點應均勻分布、數量適中，覆蓋礦區四周和中心區域，并且選址應選擇地形開闊、圖像清晰、穩定性好的硬化地面^[4]。

2.2" 數據獲取

無人機傾斜攝影數據獲取是測繪工作的核心環節，其質量直接決定最終三維模型的精度和真實性，為確保數據采集萬無一失，在正式起飛前，需要對各子系統進行全面檢查。將經過優化設計的航線導入飛控系統，并核實各項參數設置無誤，對無人機的機身、螺旋槳、航電設備等進行仔細檢查，排除硬件隱患，啟動POS系統和傾斜相機，檢測設備工作狀態，確保供電、通信存儲、快門等功能正常運轉，通過試飛測試，模擬各項操作流程，及時發現和解決問題，為順利執行飛行任務掃清障礙。數據采集任務啟動后，操控無人機沿預設航線飛行，通過多鏡頭傾斜相機從垂直、傾斜等5個視角對地面目標進行自動成像，空中POS系統實時記錄無人機的位置和姿態信息。為保證影像數據質量，應綜合考慮天氣、風速、光照等環境因素。

2.3" 數據處理

無人機傾斜攝影數據獲取完成后，需要對海量影像數據進行處理分析，生成三維實景模型。對原始影像數據進行預處理，主要包括圖像畸變校正、光照平衡、噪點去除等，提高圖像質量，解算POS數據，獲取各幅影像的外方位元素，預處理后，采用智能化空中三角測量技術，通過特征匹配、聯合平差等步驟，解算各影像坐標系與地面坐標系間的轉換關系，獲得影像的空間定位信息^[5]。在此基礎上，進行多視影像密集匹配，提取影像間的同名點，構建三維點云模型，利用點云數據生成高精度的數字表面模型（Digital Surface Model）和數字正射影像圖（Digital Orthophoto Map），真實再現測區地形地貌，為消除模型紋理的畸變和縫隙，需要開展DSM與DOM的糾正與融合，獲取高質量的實景三維模型，根據需求對模型進行簡化、壓縮，生成適用于快速瀏覽、分析的多分辨率三維模型數據。

3" 成果輸出與應用

通過無人機傾斜攝影數據處理，可以獲得多種測繪成果，包括高分辨率正射影像、高精度點云、三維實景模型等，可以直接服務于礦山開采各環節。基于傾斜攝影DOM，可以直觀反映礦區地物分布、地類覆被等情況，制作大比例尺礦區真實感地圖，為礦區規劃設計、環境監測等提供基礎地理信息，基于傾斜攝影DSM，可以精確描述礦區地形起伏，開展地形斷面分析、壓平工程量計算等，優化開采方案，指導采場、排土場、運輸道路等設計。利用三維點云數據，可以獲取采場邊坡、廢石堆體等地形的精確坐標，進行穩定性分析、形變監測等，預警地質災害風險。

4 "結語

在礦山地形測量領域，無人機傾斜攝影技術以其高效率、高精度、低成本、非接觸式作業等優勢，該技術通過無人機搭載多視角傳感器獲取高分辨率影像，結合智能化攝影測量方法生成三維實景模型，可以快速、真實地再現礦區地形地貌，為礦山開采規劃設計、安全監測預警、生態保護修復等提供翔實的空間信息支持。 當前，在智能化礦山、數字化礦山建設的大背景下，需要引入先進的空間信息獲取技術，提高礦山管理的精細化、信息化水平。

參考文獻

[1] 楊磊.探討無人機傾斜攝影測量技術在礦山測繪中的應用[J].世界有色金屬，2024（1）：130-132.

[2] 趙永康.消費級無人機傾斜攝影測量技術在土方量計算中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2024，47（1）：183-185.

[3] 徐少富.基于無人機傾斜攝影測量技術的碎石方量計算[J].測繪與空間地理信息，2024，47（1）：203-205.

[4] 劉光能.無人機傾斜攝影技術在露天礦山監管中的應用研究[J].世界有色金屬，2024（3）：208-210.

[5] 王一飛.無人機傾斜攝影測量技術在礦山治理中的應用[J].自動化應用， 2024，65（11）：22-24.