无人机三维倾斜摄影技术在矿山监测中的应用

胡 月

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队，贵州 贵阳 551400）

矿产资源作为生产活动中的重要的投入要素，在我国现代化和工业化发展过程中起着很重要的战略作用。然而，长期以来在对矿产资源的开发和利用过程中，存在着诸多如安全、管理、环境和技术等方面的问题[1]。由于开采技术的落后和环境保护规划的缺位，矿产资源的开发必然会给环境带来一定的破坏，如开发间接导致的泥石流，固体废弃物乱堆等。

从企业角度，矿山测绘通过为矿山开发提供技术和管理指导从而促进矿山资源开采效率，增强企业经济效益。从政府监管角度，监管部门需要对矿产企业是否存在越界开发、违法开采、破坏环境等方式进行定期监管，面临着劳动投入、监测周期、监管精度等方面的选择[2]。无人机摄影技术拥有快速、高效、高精度等优势，可为矿区监管提供有力技术支撑。

无人机遥感作为航空摄影测量遥感最便捷的手段之一，已经广泛应用于土地变化、作物估产、野外作业、生态环境评价等领域。利用无人机等遥感技术实现对地表的不间断监测，有助于加强对矿山的地质背景情况了解，如地层岩性、地质构造等，促进对占用土地、矿山地质灾害分布情况等开发利用的管理。

1 无人机倾斜摄影技术

倾斜摄影技术：主要包括倾斜影像数据获取和倾斜影像数据处理。倾斜影像数据获取是通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，实现从多个角度获取地形地貌信息，通常采用5台照相机，垂直地面的镜头所拍摄的成为正片，其他与地面成一定夹角的为斜片。倾斜影像数据处理通过将正片与斜片进行多视角联合平差、影像密集匹配、3D纹理映射等过程，生成基“全要素、全纹理”的实景三维模型。无人机倾斜摄影测量系统，主要由无人机系统、任务载荷系统、数据处理系统等部分组成。

1.1 无人机系统

作为遥感航测飞行平台，在无人机系统需要搭载和安装一定重量和体积的任务设备；首先应具备足够的安全性和可靠性。同时航高和飞行航迹控制精度要满足摄影测量的基本要求。根据项目的具体环境，作业区域的范围，选择具体规格和型号的航摄无人机。

1.2 任务载荷系统

主要包括倾斜摄影相机、同步控制装置、稳定云台等。其中，倾斜相机及多角度同步控制装置用于影像同步获取，是必须配备的构件；稳定云台、位置与姿态采集系统的配备可提高影像获取精度，提升三维建模的效果。

1.3 数据处理系统

数据处理系统是也倾斜摄影测量的重要组成部分，通常采用三分布式计算机制，而具备海量数据处理能力，通过倾斜摄影三维软件，利用连续的二维图像，就能还原出实景三维模型。

2 无人机倾斜摄影技术在矿山测绘中的应用

2.1 准备条件

首先，需要选取合适的倾斜数字航空摄影相机以及配套的卫星定位系统及管理系统。

其次，天气能见度高，适合拍照摄影，以气候温和，晴朗天气为宜。

最后，执行飞行任务前，根据矿山情况选好拍摄控制点，制定科学的飞行时段和轨迹计划，按照控制点及加密点进行拍摄，以最大程度地克服地面突出物的重影问题。

2.2 布设控点

充分考虑到矿山的地形地貌特征，选取容易识别的地区。

如果像控点在山头，则要尽量选择地形变化不大的平头山，减少像控点的高程范围可以较大地增加倾斜摄影测量精确度，避免选择有植被遮挡或者施工建筑物遮挡的区域而导致精度下降。

2.3 测量精度不足的解决

由于外在环境因素以及技术准备等方面的影响，测绘过程中出现盲区是不可避免的。解决办法：①三角加密和校正技术，计算影像外的方位变量，同时提出干扰因素，实现盲区预测，有效的改善地形条件不好的区域航测结果。②外业调绘及补测。

标记初步测绘结果中地物、高程等方面不确定的区域或者是复杂的区域，特别是一些植被和建筑物遮挡区域。进行补测或外业调绘工作，弥补不足，从而大大提高测绘的精准度。

3 无人机倾斜摄影在矿山监测中具体内容

3.1 开采监测

在矿区范围外布设控点，根据监管要求，在相应时间节点，针对矿区范围线适当外扩进行航摄作业。将倾斜摄影航摄生产的高分辨率DOM与审批范围进行套合，通过人工解释等其他手段可基本判定是否存在开采范围越界现象。对于露天矿开采区，可通过无人机倾斜摄影技术实现开采量监测。由于矿体裸露，方便获取DEM数据用于计算矿山体积，全面描述矿区地理信息，精度较高，且降低了测绘人员作业风险。

3.2 日常监管检测

借助无人机倾斜摄影技术可以实现矿区管理中的事故和应急监测，生产调度管理，矿体生产能力和投资决策等管理辅助决策。

首先，利用无人机航摄实现对矿山的日常巡查，拍摄矿区隐患点的照片或视频，进行事故监测和隐患判别。其次，利用倾斜摄影成果即三维模型，管理者能够较清晰直观地判断矿体的开采情况，以此为依据来制定相应的生产调度、矿山排水疏干、土地复用、矿山环境保护等决策。再次，借助对矿区开采范围和边角破的监测，可以实现对可开采量、生产能力和开采年限等投资决策数据的估算，以此为依据，决定是否增加固定设备投资，是否进行新的产能投入，提高投资决策水平。