某金属矿山三维航空摄影测量在矿山测量中的应用分析

2021-01-20甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院甘肃兰州730050

中国矿山工程 2020年6期

李娟(甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃兰州 730050)

1 前言

根据矿山测量结果绘制的三维模型含有各种空间信息，是构建数字化矿山的基础，便捷、精准的构建三维模型是现阶段矿山测量研究的一个重要方向[1]。王果等[2]采用无人机测量技术并结合绘图软件自动构建了露天矿三维模型；曹希等[3]无人机应用到三维矿山模型构建中，结合无人机摄像结果构建了矿山的三维数字模型。文中在前人研究成果基础上[4-6]，采用无人机对某金属矿区进行航空摄影，并以此为基础构建了矿区三维模型，通过对比不同时期三维模型，可以直观的掌握矿山开采情况，为开采量、储量等估算提供直观数据。

2 无人机测量系统概述

无人机测量系统是集导航系统、飞行平台以及倾斜摄影系统为一体的摄影平台，可以获取多视角影像，为后续构建的三维模型提供大量的纹理信息[7-8]。通过采用定位技术可以使得无人机测量系统获取到的图像含有更精准的地理信息，从而实现便捷、高精度测量。本次测量中采用的无人机为大疆精灵Phantom 4，满载荷最大飞行时间为60min，并配备有航空摄影机，具体采用的摄影机参数见表1。

表1 摄影机参数

采用无人机摄影技术可以较为便捷、精准的构建矿山三维模型，具体的工作流程如图1所示。具体包括有：(1)首先需要根据测量目的构建测量技术方案。(2)在圈定的测量区域内进行控制测量，当地表无特征点时应首先做相关标记。(3)无人机航空测量。(4)多视觉影像联合平差以及密集匹配。(5)三维地形TIN及无信息白模构建。(6)纹理映射构建实景三维模型。

图1 测量工作流程

3 测量应用分析

3.1 观测矿区概况

采用无人机摄像测量的区域为某金属矿山，为了掌握矿山开采情况及储量变化情况，根据无人机摄像测量结果构建三维模型，通过比对不同时期的三维模型，从而较为直观的掌握矿山开采情况。

具体观测的矿区范围为2.5km2，地貌为丘陵，观测区海拔+460～650m，高差190m。采用的大疆精灵4P无人机完全可以满足测量区域需要。需要构建的三维模型比例尺为1∶1 000。测量区域为丘陵，根据测量精度需要，在平面位置上的误差值控制在±0.6m，等高距控制在1.0m，等高线插值点中位差控制在±0.5m。

3.2 像片控制测量

在矿区进行航空测量时布点形式采用区域网方式，按照400～50mm间距布置一个像片控制点，在整个矿区测量中共计布置14个像控制点，其中4个控制点用以空三检查点，10个控制点测量结果用以平差计算。像控制点测量方法采用RTK测量法，每个控制点独立测量两侧，采用国家标准坐标系。经过检查核验，采用的像控制点高程、平面中误差分别为34mm、23mm，满足测量规范要求。

3.3 倾斜测量

倾斜测量航空测量采用大疆无人机，并配备对应的航空摄影系统，采用的背景图像是谷歌影像，确定测量任务区域范围。根据测量相对高程、地面分辨率、航线间隔以及基线等测量信息，对航空测量航线进行设计。本次测量的航线布置见表2。

表2 航线布置参数

在测量区域内工进行4架次航空测量，获取到1 105张地表分辨率在8m的倾斜摄像影像。

3.4 三维模型构建

图2所示为依据航空测量数据处理得到的三维模型。首先需要采用大疆无人机获取到的航空测量相片，随后将测量相片导入到Smart 3D处理软件中，通过空三运算将同点名匹配并自动生成，从而形成三维模型。采用I- Data软件可以直接在三维模型上进行数划线等操作，同时可以将不同时期获取到的三维模型进行叠加比对，从而更为直观的显示出矿山开采变化情况。