无人机倾斜摄影测量技术在矿山综合治理工程中的应用研究

徐 昌

（山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队，山东 威海 264200）

自然资源开发和利用是经济社会发展的重要内容。我国是自然资源大国，对矿产资源开发利用具有悠久的历史，但随着经济的发展和社会的进步，由于矿山过度开采导致的环境问题也日益严重。比如，由于早期不规范开采严重破坏了矿山周围原始环境，形成了大量的废弃石堆、危岩，极易导致发生滑坡、泥石流等地质灾害，威胁人民群众的生命财产安全；其次，由于开采导致的扬尘污染，水污染、土壤污染以及不同程度的固体污染，严重破坏了矿区周围动植物良好生存环境，并逐步扩大影响区域。

党的十八大以来，习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”重要思想，为推动生态文明建设提供了根本遵循。党中央、国家各级政府相继出台了一系列针对矿山生态修复治理的政策法规，对矿山修复治理提出了明确要求。因此，采用科学的技术方法对已矿山进行生态环境修复具有十分重要的研究价值。本文通过对威海市里口山风景区综合治理工程中无人机测绘及三维建模新技术的应用研究，进而为矿山修复治理工作提供参考依据。

1 无人机倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量技术的发展要追溯到20世纪90年代，我国于2010年开始倾斜摄影测量技术的应用研究，虽稍晚于西方国家，但发展十分迅速[2]。特别是以大疆创新科技有限公司为代表的中国科技公司在无人机硬件研究上为倾斜摄影技术的载体系统开发做出了巨大贡献。无人机倾斜摄影测量技术主要是基于无人机成本低、携带轻便、精度高、效率高等显著优势，通过搭载多个视角的相机进行多角度信息采集，利用特定软件对获取的信息进行内业处理，并将处理结果通过二三维形式展示并构建研究目标的空间三维模型的过程。随着无人机硬件与摄影装备的不断发展，基于无人机的倾斜摄影测量技术的研究日益成熟，越来越多的专家学者将该技术应用于环境监测、矿山调查、应急抢险、城市建设、林业管理等多个领域。

2 无人机倾斜摄影测量技术特点

相较于传统的测绘技术手段，无人机倾斜摄影测量技术在数据获取与成果展示方面具有显著优势。

（1）高效率。利用无人机倾斜摄影测量技术开展测绘工作，能够极大的减少外业工作时间，减轻技术人员工作负担，节约时间，提高效率。实践表明，采用无人机摄影测量技术进行数据采集较传统作业方式提高效率在3倍以上，且安全性更高。

（2）更直观。利用无人机倾斜摄影测量技术可以快速构建实景三维模型，进而更直观形象的展示研究区域的真实现状，方便各类技术管理人员对模型进行进一步的开发利用。

（3）更精准。无人机倾斜摄影测量技术从数据采集到生产模型已基本实现程序化、自动化，极大地降低了人为误差的影响。且随着摄影技术的不断发展，所提供的三维成果更全面、细致的复制了矿区真实状况，便于管理者实时精准掌握项目推进情况。

3 应用实例

3.1 项目概况

威海市里口山风景区位于威海市主城区南侧，凭借其独特的区位及资源优势成为省级风景名胜区。上世纪80-90年代，里口山风景区是威海市的主要建筑石料矿产资源集中开采区，采矿活动造成的废弃矿山严重破坏了区内原有的生态环境平衡，也极易发生崩塌、泥石流等地质灾害，对当地居民构成了危险。为了改善恢复里口山周边生态环境，威海市开展了里口山风景区废弃矿山综合治理工作。

3.2 技术路线

本项目对治理区内矿山采取无人机低空数字航空摄影测量，通过生成1:500比例尺的TDOM（真数字正射影像图）进行信息采集工作，并对废弃矿山构建数字表面模型，生成数字线划地形图。无人机低空数字航空摄影测量采用先进的GPS、RS技术，利用GPS技术进行像控测量，通过低空数码倾斜摄影立体测量技术，进行真彩色数字影像采集，获取测区的基础地理信息数据。利用全数字摄影测量工作站，制作1:500比例尺的TDOM（真数字正射影像图）、DSM（数字表面模型）。低空数字航空摄影测量的技术流程见图1。

图1 低空数字航空摄影测量技术流程图

3.3 航摄及数据处理

3.3.1 航摄设计

为了确保影像成果覆盖工程范围，避免出现影像缺失或因照片不足而变形的情况，规划航线前，首先在DJI GS Pro中输入航摄区域，了解航测地貌，进行合理的飞行架次划分，优化航拍方案，确定倾斜航测的飞行参数，包括飞行速度、高度、旁向间距、航向间距等。按照项目实际需求，本次航摄获取的影像用于制作成图比例尺为1：500比例尺的数字产品（DSM、TDOM、DLG），航空影像的地面分辨率（GSD）为0.03米，采用GPS精密单点定位，IMU和GPS数据联合解算的平面位置偏差小于0.08米，高程位置偏差小于0.3米，速度偏差小于0.4米/秒。像片重叠度满足航向重叠度为80%，旁向重叠度为70%，像片倾角小于5°，像片旋角小于15°。同一航线上相邻像片的航高差应小于30米，最大和最小航高之差小于50米，实际与设计航高之差小于50米。

3.3.2 航摄外业

（1）像控点布设与测量。为提高刺点精度，保证成图精度，在航摄前采用刷油漆的方式提前布置像控点标志。标志刷成“L”型。像控点测量按《卫星定位城市测量技术规范》、《工程测量规范》等，按图根测量的精度执行，利用SDCORS联网观测。像控点测量时，对观测处进行至少五次拍照，分别为1张近照、4张远照。近照应清楚反应测量杆尖落地处。远照反映刺点处与其周边相对位置关系。情况复杂可多拍摄远几张照片。像控点外业观测以及拍照完成后，准确做好记录，并对像控点编号和照片编号进行关联。

（2）航摄实施。地面站设置及无人机组装完成后，风力小于4级时，按计划开始航测作业。无人机依据指定的航线及参数设置，自动完成航拍任务，操作人员观察无人机位置及地面站实时飞行参数即可。每次飞行结束，按《低空数字航空摄影规范》（CH/Z 3005-2010）附录B的要求认真填写飞行记录。

（3）影像质量检查。航摄飞行结束需对航摄获得的影像进行质量检查。确保影像清晰，层次丰富，反差适中，色调柔和，能辨认出与地面分辨率相适应的细小地物影像，能够建立清晰的立体模型。影像上没有云、阴影、烟、大面积反光、污点等缺陷，影像在曝光瞬间造成的像点位移小于一个像素，最大小于1.5个像素。拼接影像无明显模糊、重影和错位现象。

3.3.3 航测数据后处理

采用ContextCapture完成本次航测的后期GIS数据处理。软件建模对象为静态物体，辅以相机传感器属性、照片位置姿态参数、控制点等信息，在进行空中三角测量计算、模型重建计算后，输出相应GIS成果。

3.3.4 DSM、TDOM制作

本次数字产品制作（DSM、TDOM、DLG制作）主要包括DSM和TDOM的创建与镶嵌等。

数字表面模型（DSM）建立主要内容涉及定向建模、采集特征点线、构建TIN、内插DSM、DSM编辑、接边、镶嵌、裁切、质量检查等技术环节。数字正射影像图（TDOM）的建立主要内容涉及影像纠正、色彩调整、影像镶嵌、裁切、质量检查等技术环节。

4 结束语

通过无人机倾斜摄影测量技术在里口山风景区矿山综合治理工程中实际应有，进一步证实了利用无人机倾斜摄影测量技术可以快速安全获取了治理矿山的地形信息，并精准构建矿山的三维实景模型，更好的服务于矿山生态修复治理的勘查设计、施工管理、灾害监测等多个方面。基于项目实际需求，建议在部分视野较差获飞行困难区域，可配合使用三维激光扫描技术，实现影像遥感数据、三维点云数据、激光扫描数据等多种数据融合，进一步提高生态修复工程的准确性。