无人机倾斜摄影测量技术在矿山测绘中的应用

叶 萍

（安徽省地质矿产勘查局332地质队，安徽 黄山 245000）

矿产资源勘查以及资源开发与利用过程中大比例尺地形图的应用极为广泛，不仅为探矿工程的准确定位奠定基础，更是资源储量估算不可缺少的部分。此外，大比例尺地形图含有详细的地形要素和地理信息等，在现代化三维矿山建设中占据重要地位[1]。

传统的地形测绘技术方法周期长、工作量大、成图效率低，逐渐被现代化新型测绘技术取代，尤其是无人机倾斜摄影技术的快速发展，实现了矿山快速成图、精度高、成本低的大比例尺地形图测绘目的。

基于此，本文以某金属矿山大比例尺地形测量为例，分析该技术在矿山地形成图中的主要应用流程及注意事项，为推动该技术的快速发展奠定基础。

1 无人机倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量技术是在无人机垂直摄影技术的基础上发展起来的，解决了无人机垂直摄影技术只能获得垂直方向航拍影像数据的弊端，攻克了多角度、多方位获取测绘区域地面信息的技术难关。

无人机倾斜摄影测量技术早期阶段主要应用于建筑物外立面纹理信息的获取上，在矿山地形测量、工程测量等领域应用较少。随着动态GPS技术、图像融合处理以及多元数据处理系统的快速发展，解决了倾斜摄影数据处理难的问题，其应用领域也越来越广泛，如地形测量、工程测量等。无人机倾斜摄影测量技术在应用过程中主要包括地面控制测量、影像数据预处理、空中三角加密处理以及地形图成图输出等流程（图1）。

图1 无人机倾斜摄影测量技术在矿山测绘中的应用流程

2 倾斜摄影测量相关要求与影像采集

2.1 倾斜摄影测量技术要求

本次使用无人机型号为HO1300无人机，无人机中搭载南方测绘倾斜数字航空摄影相机，配置1台垂直五棱镜头和4台倾斜五棱镜头，配套安装动态GPS定位系统、飞行管理系统以及数据存储系统等辅助系统。无人机倾斜摄影测量技术对无人机的飞行状态要求较高，因此，在确定飞行计划时需要注意以下几点[2]：①无人机飞行越平稳，所获得遥感影像质量越高，因此一般选择天气状况良好的气候条件下进行飞行航拍任务，根据测绘区域气象资料显示，选择每年5月～7月天气温和少雨的时间最佳；②在气候条件良好的情况下应充分考虑每天的气候变化，一般选择上午10时至下午4时展开飞行任务；③航向重叠度和旁向重叠度，应根据测绘区域地形地貌变化特征进行适当调整。

2.2 飞行参数以及影像预处理

矿山地形图测量比例尺为1:1000，飞机型号为HO1300无人机，设计飞行速度为70km/h，航线敷设方法为东西向敷设；相对飞行行高分为两部分，飞行子区块1的行高为350m，行子区块2的行高为300m；平均地面分辨率均为0.06m，设计航向和旁向重叠度均为75%。以上述基本参数展开飞行航拍任务，并及时检查每天所获影像数据质量，对不符合质量要求的影像数据进行重新补测。在完成航拍任务后进行影像数据的预处理，将所获倾斜影像反投影至建立的虚拟影像中，可有效的减少突出地面垂直物体的重影现象，提高影像数据的质量。

3 无人机倾斜摄影测量技术在矿山测绘中的应用

无人机倾斜摄影测量在矿山测绘实际应用中，为提升数据精度与可靠性，往往要布设一定数量的地面控制点，通过将外业采集的航飞影像与地面控制点标定，进行空三加密处理，然后将生产的DOM（数字正射影像）与DEM（数字高程模型）进行内业制图与外业调绘修正，基本流程如下。

3.1 地面控制测量

地面控制测量主要依赖于像片控制测量，是提高无人机倾斜摄影测量精度的有效措施。像片控制测量中最重要的环节就是像控点的布设，像控点布设不合理，可显著的降低影像数据的质量。

在后期数据处理过程中空中三角加密测量过程中，虽然像控点密度对空中三角加密测量有一定的影响，但空中三角加密测量质量与完全依赖于像控点的布设密度，而与测绘区域的地形地貌变化幅度等关系较为密切。因此，为了提高无人机倾斜摄影测量工作效率以及影像数据处理质量，一般在地形变化幅度小的区域（如平原地区等）可适当的降低像控点布设密度，而在地形变化幅度较大的区域（高山峡谷地貌）可适当增大像控点布设密度。总体上，像控点的布设应注意以下几点：①像控点一般布设在容易识别的地物地貌上，即所布设的像控点必须是唯一的，不存在争议的，一般布设在地形变化较小的山头、田角等部位；②位于测绘区域范围以外的像控点的目的在于控制测量整个测绘区域；对于位于图幅边部的像控点一般布设在图框轮廓线以外；③位于航线两侧的像控点，一般布设在左右偏离半径小于半条基线长度的范围内；④植被发育的区域以及建筑物密布区域不易作为像控点的布设位置，上述部位因遮挡问题导致测量难度增高，甚至无法获得准确的地理位置；⑤像控点布设位置应尽可能避开大面积水域或者大功率敷设区域；⑥像控点一般布设在交通条件好和便于保存的位置，以便于后期控制测量使用。

3.2 空中三角加密处理

一般来说矿山地形变化较大，植被发育差异明显。因此，造成无人机倾斜摄影过程中所获影像数据中不可避免的存在拍摄“漏洞”，即所获影像数据中存在一定数量的“留白”，该部位的摄影质量是无法达到1：1000大比例尺地形图测量的基本要求。

此时，需要对影像数据进行空中三角加密处理，利用航拍过程中无人机搭载的定位系统自动存储的POS数据中包含的方位元素对遮挡区域进行预测，可以有效的密布因遮挡等造成影像数据中的“留白”问题，显著的提高影像数据的精度[3]。在完成空中三角加密处理后，可以获得测绘区域的加密校正成果等产品，可进一步生成DOM、DEM、DSM等产品。

3.3 内业数据采集与修补测

在进行数据采集之前需要对影像数据进行三维建模处理，这是由于三维建模是数据采集的基础，能够借助倾斜摄影测量自动批量建模软件对不同视角下的倾斜影像资料进行几何校正、平差处理以及多视角匹配处理等操作，进而获得能够反映测绘区域整体地形地貌特征的可视化三维倾斜模型。

在上述操作的基础上借助配套的软件对测绘区域的地物地貌进行提取，即数据采集过程中，主要包括：①地物要素的采集，主要以人工处理为主，包括建筑物轮廓、控制点信息、建筑物外侧面边线等信息，能够显著的提高最终数据处理精度；②地貌要素的三维信息采集，主要借助数据处理软件自动化处理，主要包括测绘区域1:1000大比例尺等高线以及相应密度的高程注记点等信息的采集，后期经过人工手动整饰、取舍后可投入使用；③遮挡问题处理，对于遮挡严重的区域或者地形地貌有争议的区域进行标注，使用其他辅助测量方法进行补测、调绘等处理。

4 结语

无人机倾斜摄影测量技术，虽然改善了垂直摄影测量只能获取垂直方向影像数据的弊端，实现了多方位、多视角影像数据，但无可避免的出现测量“留白”，如植被茂密区域、立交桥下部以及建筑物遮挡区域等部位。因此，在数据采集过程中应将上述部位标注出来，及时展开外业补测工作，可有效的提高大比例尺地形图测量精度。对补测及调绘后的数据进行综合整理，核查无误后输出，生成相应比例尺的地形图成果图件。

综上所述，无人机倾斜摄影测量技术具有精度高、成本低、成图快的特点，逐渐在矿山大比例尺地形测量中的应用越来越广泛。经过实际对比验证，采用无人机航测1:1000大比例尺图精度与全站仪测量结果对比，所获地形图的平面误差为5.2cm，高程注记点的误差为4.8cm，误差均在相应比例尺地形图误差范围内，说明使用无人机倾斜摄影测量获得的大比例尺地形图精度可靠，有助于推动数字矿山的建设步伐。