无人机三维倾斜摄影技术在矿山监测中的应用

李亚东

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院，安徽 合肥 230000）

矿山资源的分布条件非常恶劣与复杂，要实现矿山资源的顺利开发，保护区域环境，矿山企业在项目实施时，就需要借助于先进的测绘技术来进行矿山监测，保障监测的全面性与实时性。

传统测绘技术在应用于矿山监测时存在着效率低下、精度不足的缺陷，在越来越复杂的矿山监测中，这些传统测绘技术显然不适用。

随着无人机三维倾斜摄影测量技术的不断发展，该技术在矿山监测中的应用优势凸显，在未来将具有广阔的发展潜力，必将带动矿山行业的现代化。

1 概述无人机三维摄影技术的基本内容

无人机指的是无人驾驶的或者具备自动驾驶功能的飞机或者飞行器，在飞行时可以通过无线遥感设备来实现全面控制，无人机的飞行过程也就是其观测和采集信息的过程，在获得了全面的观测信息以后，无人机系统的通信模块会及时将此信息传输回去，而地面接收设备就可以自动对这些信息加以筛选、分析与整合[1]。与传统的测绘技术相比，无人机的灵活性高、更为轻便、经济效益高、采集范围广，这一系列的优势使得无人机在地质地形监测和保护、矿山监测等领域有着极为广泛的应用。

无人机系统中包含了多个模块和要素，主要体现在：①飞行平台，这一模块主要负责的是飞行和数据采集；②控制系统；这一构成要素的作用是进行全过程的控制，比如，飞机的飞行和命令发送都是由其来实现的，在这一系统中实现了飞行控制和设备管理、定位等各种技术的综合应用；③摄影传感系统，该系统在无人机的飞行过程中，利用摄影传感器，就可以有效实现定点曝光控制，通过对焦固定、相机锁定等技术，有保障了三维地面信息摄影的全面性；④地面接收系统，这一模块可以及时接收飞行器所采集的信息，对信息加以有效整合与处理[2]。

无人机三维倾斜摄影测量技术作为新型技术，该技术在实际的应用过程中，可以从多个角度来完成信息的采集，具有信息采集的全方位性，其工作原理如图1 所示。

基于无人机三维倾斜摄影测量技术的应用原理，该技术在矿山工程实施中的优势突出，是其他技术所难以比拟的：①该技术下，完全可以实现全方位、全过程的监控，可以为矿山作业提供切实的指导和依据；②垂直、倾斜等多个角度的信息采集都可实现，所获得的信息更为完整和准确；③数据的传输更为便捷和高效，在一定范围内可以实现数据共享。

2 无人机倾斜摄影技术在矿山测绘中的应用

2.1 需求调研

在矿山监测中，要发挥无人机倾斜摄影测量的技术优势，需首先根据矿山工程的具体情况，来确定无人机航拍的区域，在范围确定时，应适当将实际的航拍区域加以一定的外扩，以提升数据的覆盖范围。为保障采集数据的精确性，提高成像分辨率和清晰度，一般要将DOM 分辨率设为0.1m，而三维模型分辨率设为0.2m。

2.2 布设控点

对矿山区域内的地质地形等开展全面分析，合理布设控点。如果在控点布设的过程中，面临的是山头条件，需尽量将控点布设在相对平坦的山头，一旦将控点布设在高层范围内，可能会存在建筑物、植被等的遮挡，对保障测量数据的精度非常不利[3]。

2.3 外业航拍

外业航拍进行时，为保障航拍的全覆盖性，一般要在同一飞行平台上搭载5 个传感器，从不同角度来进行影像采集与获取。在相片拍摄的同时，专业人员需要记录详细的参数，比如，要包含航高、航速、航向、旁向重叠等多种信息，随后在航测和记录的基础上进行全部倾斜影像的处理[4]。

无人机倾斜摄影测量技术下，最终所获得的倾斜影像不仅可以更为准确、清晰地反映地物的具体特征，还可以通过定位技术等的融入和应用，在其中嵌入更为多样的信息，从而使得倾斜影像的价值大大提升。

2.4 内业处理阶段

2.4.1 数据检查

内业处理阶段，数据检查的重点要放在对飞行质量、影像的检查方面，其检查指标主要包含了影像重叠度、像片倾角与旋角、航线弯曲度等的检查，如果在数据检查中发现所获得的影像与设计要求不相符合，将需要根据现场的实际情况，来重新进行无人机测量。

2.4.2 空三加密

内业数据的处理方面，空三角加密是最为关键的处理环节，当获得了相应的测量数据以后，专业人员可以采用光束法区域网联合平差的方式，来获得最终的结果[5]。联合平差下，主要是将不同观测方式下的数据加以平差，而外方位元素的初始值选用控制点坐标、像片POS 姿态数据。

2.4.3 实景三维模型建立

实景三维模型建立的过程中，需要利用专门的建模软件，比如，可以选用Pix4Dmapper 等内业处理软件。

3 无人机倾斜摄影测量技术的其他应用及实例分析

3.1 无人机倾斜摄影测量技术的其他应用

无人机三维倾斜摄影技术具有先进性，其技术优势非常突出，而这也为这一技术在其他领域的应用与推广提供了更多的可能性。无人机倾斜摄影技术主要应用于以下方面：①城市规划，在这一技术下，可以直接通过三维实景模型的构建来更为直观地呈现城市构造，实现对城市全貌的了解，为有关部门的规划和设计提供参考；②矿山监测，无人机倾斜摄影测量下，可以及时获得矿区内的全部影像资料，影像资料的获取更为便捷与高效，矿山企业可以直接利用这些影像资料来进行相应的生产工作；③电力规划，随着我国电力事业的稳步发展，电力工程的建设规模逐步扩大，在电力线路的规划建设中，无人机倾斜摄影技术可以通过三维实体模型的构建，进行线路规划和设计，保障电力工程各个细节设计的效果。

3.2 无人机三维倾斜技术在矿山监测中的应用实例分析

以某矿区为例，根据矿区实际情况的调查，最终选用的是无人机三维倾斜技术，在此技术下，可以更为全面、准确地获得矿山区域的各种信息。

无人机三维倾斜摄影技术下，要首先根据矿区内的具体情况，来确定拍摄范围，随后，在此基础上进行相应的科学的航线设计、控制点布设。航拍过程中，相关参数设定如下：飞行区域为10m2，飞行高度500m。航线设计方面，需严格根据Kappa 角的变化来确定航带划分情况，随后在此基础上保障航线设计的合理性。

4 结语

近年来，随着我国矿山工程的增多，无人机三维倾斜摄影技术在此类工程中的作用也越来越突出，为最大程度上发挥无人机三维倾斜摄影技术的优势，在矿山监测中，相关人员就需要严格根据矿区的具体情况，来进行航拍参数、路线等的科学设计，保障监测范围的全面性、监测数据的准确性，用监测数据与信息来指导矿山开采作业，使得矿山工程最大的经济与社会效益。