无人机倾斜摄影测量在矿山测绘中的实践分析

2021-04-01魏晓琴

西部探矿工程 2021年5期

魏晓琴

（广州卓信致地规划咨询有限公司，广东广州510000）

矿山测绘能够为矿山建设、资源开发提供数据支持，确保矿山开采效率和效益，推进矿山建设。传统矿山测绘技术的测绘时间比较长，且测绘效率比较低，无法满足快速成图要求。在定位技术、无人机技术和通讯技术快速发展过程中，矿山测绘中开始应用倾斜摄影测量技术，技术应用效果显著。

1 无人机倾斜摄影技术

无人机倾斜摄影技术是通过无人机平台搭载多个航摄相机，根据预设线路采集测区的影像，以同时实现多个角度拍摄，准确反映出地面物体情况，高精度获取物理纹理信息。联合建模技术、融合技术和定位技术，可以自动化生成三维模型。根据技术应用流程，采用POS 信息、航片与传感器参数，采集运行影像数据，控制测量相片。注重处理内业数据，加大控制点影像关联度，采用空三运算方式输出结果，以此建立DEM 模型和三维实景模型。所以在矿山测量中应用无人机倾斜摄影技术，可以提高测绘结果的精准度。

倾斜摄影三维自动建模软件属于自动化建模软件，能够通过多源序列影像生成高分辨率三维模型。建模软件通过全自动空三解算，建立不规则三角网络，自动化纹理映射，快速建立三维模型。该建模软件通过倾斜摄影能够在垂直影像上获取结构信息，并且基于单张影像测量原理获取建筑立面结构，通过调整、提拉和编辑等操作获取精细单体化模型。通过倾斜摄影纹理采集特点，能够从影像中采集模型贴图，自动化生成模型贴图。

2 无人机倾斜摄影技术在矿山测绘中的应用优势

2.1 监测效率高

无人机倾斜摄影技术监测效率高，因此被广泛应用于矿山测绘中。矿山测绘涉及范围广，且测绘数据非常多。当监测效率低下时，就会影响矿山测绘水平，还会影响突发性事件的处理效率。从上述分析能够看出，矿山测绘对于监测效率的要求比较高。相比于其他测绘技术来说，无人机倾斜摄影技术结合数码传感器、全球定位技术、飞行器技术，可以提升矿山测绘效率。

2.2 灵活性高

相比于航拍飞机来说，无人机的体型轻巧，运行速度快。在运行期间无需驾驶员，能够减轻机体重量，提升运行与操控灵活性。通过应用无人机倾斜摄影技术，可以监测矿山不同区域的环境信息，保证良好监测状态，提升矿山测绘的准确度。

2.3 数据分辨率高

无人机倾斜摄影技术组成包括数码传感器、飞行器、数据定位处理系统等，通过各设备系统的优化组合，可以明显提升无人机倾斜摄影技术分辨率。通常来说，相比于卫星影像分辨率，无人机倾斜摄影技术可以超过3倍，并且可以实现0.1m的精确度。

3 无人机倾斜摄影技术在矿山测绘中的应用实践

3.1 项目概况与设备参数

此次研究以某矿山作为测绘对象，矿山的地理条件复杂，且区域危险性比较高，地质环境的差异比较大。测绘面积为19×104m2，划分为10 个测绘区。四旋翼飞行平台能够确保飞行稳定性和性能。荷载重量为3kg，续航时间为1.3h，飞行高度为400m，地面站控制半径超过8km。专业倾斜摄影相机，该无人机所应用的摄像机分辨率高，且覆盖范围广。摄影相机总像素大于1亿，重量1.68kg，分辨率为0.01～0.1m，记忆卡存储在应用无人机倾斜摄影技术时，必须满足环境气候条件，选择在晴朗无风天气下飞行。

3.2 影像获取与预处理

在开始航摄之前，必须设定基本航向。明确测绘无人机现状的同时，全面分析无人机性能、参数与飞行时间等，以此开展外业倾斜摄影。在航空摄影期间，能够获得不同倾斜角度影像资料，同时可以实现影像自动化拍摄，获得倾斜影像资料。完成区域内数据采集后，对数据进行预处理。选择适宜的拍摄影像，将影像反射到虚拟影像中，以此减少地面竖直物体的重影问题。

3.3 像片控制测量

像片控制测量有助于提升测绘结果的精度，在布设控制点时，应当参考标准要求设置。此次测绘选择航向重叠度为65%，旁向重叠度为60%。在布设像控点时，应当关注到以下问题：第一，根据测绘区域的地形地貌，划分不同的测绘区域。测绘区域外的像控点，多设置在轮廓线以外，位于航向基线数量在1条以上，旁向超过100m位置；第二，在选择像控点时，应当联合测绘区域的地形地貌，选择易识别、无争议的区域，例如明显的地物标志；第三，在山头选择像控点时，可以在地形起伏小的区域，以此确保测量结果的精度。在布设像片控制点时，应当选择高程变化小的区域，以此提升倾斜摄影测量精度；第四，针对制备发育区域，存在高大构筑物的区域，则会加大像控点布设难度。在开展业内测量时，会出现测量遮挡视线问题，从而降低测量精度；第五，当测绘区域内存在大面积水域时，会加大像控点布设难度；第六，在布设像控点时，应当全面分析测绘区域的交通条件，选择交通条件良好，便于存储的区域。

3.4 空中三角加密处理

在矿山测绘工作中，极易受到外部环境干扰，例如建筑物和植被等，致使无人机倾斜摄影期间，地面控制点测量无法满足实际需求，小区域测绘存在盲区等问题，从而导致测绘结果不满足标准要求。为了处理以上问题，应当做好空中三角加密处理与校正，以此弥补测绘精度不足问题。对于空中三角加密处理来说，主要是建立影像外方位元素，以此确保预算准确性，联合相关软件消除干扰因素，全面提升测量精度，以此改善地形条件比较差的区域。

3.5 三维建模与数据采集

在建立三维数据模型时，需要通过多角度倾斜影像的校正操作、联合平差操作、多视匹配操作等，以此获得三维倾斜模型。完成三维数据模型建立后，可以通过数据处理软件获得区域内的地貌和地物数据。数据采集所涉及的内容如下：第一，采集地物要素。该采集工作由手动完成，例如拍摄影像像控点、建筑物等有效控制测量精度；第二，自动化提取地貌要素三维信息，涉及到高程标注点、等高线采集等，再由人工通过现代化处理软件平台整合处理；第三，在处理地物遮挡问题时，对像片内的遮挡区域，进行补充测量，确保整体测量数据准确可靠全面提升测量精度与准确度。

3.6 外业调绘及补测

通过上文分析可知，在航空拍摄操作中，无人机倾斜摄影技术会出现拍摄盲区。在建筑物遮挡与植被茂盛区域无法获得影像。所以在内业处理期间，必须准确标注上述区域，开展外业调绘和补测。

3.7 测绘数据处理

完成矿山测绘外业后，通过多视图多维重建技术处理任意像片。将数码影像导入到软件内，自动化生成高质量正射影像，建立高分辨率三维模型，可以获得毫米级精度的模型。像片导入后，通过计算机技术缩短数据处理时间，在多台计算机上实现引擎运行，之后在作业队列中关联，以此获得实景模型。在此次测绘工作中，共获取12121张像片，将POS数据和像片导入到软件内，按照照片自带参数信息与位置信息排列。软件自动开展空间三角加密处理，添加多个地面像控点坐标，以此确保工程地理坐标和模型坐标相同。通过准确计算后，可以自动化获取航片特征点，匹配同名点，以此计算像片的空间位置与姿态角，确定像片关系。此次测绘采集数据源于多个架次，因此会出现空间三角加密点片层变形和偏移问题，因此必须详细记录姿态信息与航片信息。通过新建任务块加载航片，融合姿态信息和位置信息，反算获得地形加密点数据。在获得无纹理信息、不规则三角网之后，可以从航片中选择高像素纹理着色，以此确保三维模型的真实度。应用传统方式检验精度时，将像控点坐标作为真实数据，通过模型可以获取监测值，计算二者差值，可以获得数据高程误差，约为0.01m，平面坐标误差为0.08m，所以可以满足测量要求。

在应用传统测绘技术时，需要投入大量人力与物力。比如专人操控测量设备，专人旁站监指挥测量，专人分析和处理数据。在应用无人机测绘技术时，只需要专人操控无人机即可，可以实现自动化数据采集与自动化分析数据。采用传统测量设施时，无法深入到狭窄区域或者复杂区域监测，对于清晰度不足的影像，还需要多次进行测量，且成图时间比较长。而应用无人机测绘技术时，能够进入到复杂、危险区域内拍摄，且成图质量高，能够缩短成图时间，应用价值高。

4 无人机倾斜摄影测量技术未来展望

此次研究将无人机倾斜摄影测量技术应用到矿山测绘中，根据应用实践可知，该项技术可以快速获取测绘区域内的影像数据资料，同时包含调查区域内的地物信息，以此建立三维模型，可以提出清晰的矿山开发利用策划图，为矿山建设与开发应用提供详实可靠的数据资料。

数字化方向属于测绘技术的发展新方向，在测绘工程中，可以应用智能化系统，操作人员联合工程实况绘制图纸，以此提升测绘工程的效率，还能够缓解操作人员的工作压力，对工作程序开展优化设计。

智能化也属于无人机倾斜摄影测量技术的发展趋势，从客观角度看，智能化发展能够满足实际工作需求。在矿山测绘工程中，开始广泛应用智能化技术无人机倾斜摄影测量技术，充分发挥出智能化系统的作用，收集相关信息数据进行检测。当发现数据误差比较大时，可以及时给予提示，确保操作人员进行核实，保证数据的可靠性与准确性，为后续工程奠定良好基础。