基于无人机倾斜摄影技术的矿山地形精准测量方法

2018-09-12康一鸣

世界有色金属 2018年13期

康一鸣

（山东省物化探勘查院，山东济南 250013）

随着社会经济的快速发展，人类对于矿物资源的需求与日俱增，以往由于对矿山开发攫取的不当，使得矿山地质灾害增多、矿山地形剧烈变化，因此对于矿山地形的精准测量变得尤为重要。近年来，无人机倾斜摄影技术逐渐用于矿山地形的测量，无人机航拍成本较低、且操作便捷、省时省力、大比例尺高精度、设备维护简单，无人机倾斜摄影将使矿山3D立体地形图精确地展现出来，并且能快速形成3D立体模型，而且此技术能时刻掌握矿山实时地形图与采矿最佳路线，从而保护矿山、减少潜在地质危害，确保施工人员安全、提高施工效率[1]。

1 无人机倾斜摄影技术测量矿山地形方法设计

（1）矿山地形图测绘系统研究。无人机倾斜摄影技术，通过在无人机上搭载多台拍摄设备，与地面垂直角度拍摄的影像资料叫做正片，与地面形成夹角的拍摄下来的资料叫做斜片，将多组影像通过建模软件和计算机的数据统计、整合，生成点云，点云构成网，网构生成有纹理结构的三维模式，即3D建模。

3D建模是无人机倾斜摄影技术测量矿山地形的主要方法。即通过校对相机像素、统计测量数据、图像整合构建3D模型，将矿山摄影的各项数据整合成3D模型，从而绘出真实矿山场景。除了绘制出真实3D图，无人机倾斜摄影技术还能与GPS定位系统结合，将矿山各个路况线路精确到厘米。如图1所示。

无人机倾斜摄影技术有效地弥补了传统实地拍摄绘制地图的缺陷，而且提高测量结果的精确度，并能掌握路况实时信息。应注意一点是，技术操作人员应将航拍设备组装好，遥控无人机时，需细致查看各个路况信息，做到不漏拍矿山信息。

图1 拍摄流程示意图

（2）空中三角、点位数据测量。无人机倾斜摄影技术空中拍摄飞行高度需达到260米，绝对高度550米，无人机搭载相机焦距20.2毫米，测试区域面积5.5平方千米，同时保证航拍测量时50%侧向重叠和85%横向重叠的拍摄标准。采用Gee-Fly-X9固定翼无人机，安装5个摄像机，相机型号如表1所示

表1 Sony a4500相机参数表

运用精准焦距相机需拍摄800张以上相片，以此满足复原矿山建筑物、植被、河流等物体便面纹理的需要。利用SIFI计算机提取相片上的特征焦点并获取相应的Aijnchbor，根据POSE提取的重叠关系图整合为一个立体模型，对每一对Aijnchbor进行图片比对，然后消除差异。在视觉软件场景中，估算出稀疏点云的相对位置，结合POSE算出每一处建筑物的坐标，然后通过DLE（Diser Losdfer Eioter）晶点计算机获取真实物体点云位置。

2 仿真实验

为了确定无人机倾斜摄影技术对矿山地形精准测量的实际效果，特设计仿真实验，进行实际验证。设计对比组和实验组，令对比组使用传统场地拍摄绘图方式，令实验组使用新无人机倾斜摄影技术绘图方式，进行效果对比。

表2 对比数据表

（1）实验过程。以某金属矿为例，实验组使用新无人机倾斜摄影技术绘图方式，通过空中三角、点位数据测量，并连接GPS导航系统，设计航拍路线，组合建模软件，获得原始照片800张。并记录相关矿山参数，如拍摄高度、斜拍角度、画面重叠和特征点地理坐标等。获得3D模型图后，整理数据，绘制矿山地形图。实验将测量5次，每次绘制地形图结果将对比10次。实验对象包括山脊、植被、河流、建筑物等多项物体。实验组和对比组测量结果如表2所示。

（2）实验结果分析。根据表2可知，无人机倾斜摄影技术仅用1.5个小时就完成了实验数据测量，而传统实地拍摄耗时长。无人机倾斜摄影技术有效地得出了精确的森林覆盖面积，统实地拍摄统计的结果不精确。无人机倾斜摄影技术精确了建筑物之间的能见度，使矿山挖掘策划书更精准，准确定位到挖掘地点。在数字影像图和高分辨3D成像的基础上，矿山整体地质、路况信息将精确到小数点后两位，通过无人机拍摄技术测量矿山地形，为采矿提供了更多可行性和可选择性，并增加地形地貌绘图的精准度，使地图空中覆盖面积增加。传统的场地拍摄测量数据不准确，路线的选择性小。在无人机倾斜摄影得到的数据结果中，绘制地图比例尺精确度有大幅度的提高。