无人机倾斜摄影测量技术在矿山治理中的应用分析

武新丽

（华北地质勘查局第四地质大队，河北 秦皇岛 066000）

在矿山开发和采集的过程中，为了保障矿山生态系统的稳定，促进矿山经济的可持续性发展，需要对矿山进行治理。在矿山治理过程中，最重要的工作内容就是测量，测量结果的准确性将直接影响矿山治理的成果。但受传统矿山治理模式的影响，矿山测量技术落后、工作效率低下，对矿山的治理产生不良影响，于是相关部门积极引入无人机倾斜摄影技术，有效地解决了传统矿山治理中存在的问题。

1 无人机倾斜摄影测量技术概况

1.1 无人机

无人机主要由计算机编程自主系统和无线遥控设备组成，是一种可以搭载多种智能化设备的航空器，在无人机上安装导航设备和自动驾驶系统便成了空中飞行平台。目前，市场上的无人机有多种型号，对应的功能也不尽相同，在矿山测量时，需要对无人机的安全性，实际载荷、实际升降能力等提出要求：通常情况下，要求矿山倾斜摄影测量的无人机载重量大于2千克，具有很好的垂直升降能力并且续航时间大于30分钟，还需要具有一定的抗风能力以适应矿山的测量环境。

1.2 倾斜摄像机的性能要求

在进行无人机倾斜摄影测量时，倾斜摄像机需要满足以下要求：第一，摄像机具有一定的稳定性，无人机发生一般程度的颤动时不会影响正常拍摄；第二，镜头的像素不得低于2000万，曝光像素不得低于1亿；第三，有足够的续航时间，至少在1个小时以上；第四，具有较高的分辨率，拍摄的图像清晰。

1.3 无人机倾斜摄影技术的特点

（1）信息更全面。相比于传统的矿山测量方式，利用无人机倾斜摄影测量技术，不仅能获得矿山的外貌图像，还能将矿山的地质条件、地貌特征等以图像或信息的形式完整地表现出来。同时，无人机倾斜摄影测量技术还能对矿山进行数据分析，帮助工作人员得到矿山的三维模型，便于直观的查看矿山的具体情况，也方便工作人员明确矿山的开采情况，帮助后续矿山治理工作更好的进行。

（2）数据更专业。以往矿山拍摄得到的是矿山的二维数据，并且获得的数据误差较大，有的甚至存在数据缺陷、图片残缺等情况。应用无人机倾斜摄影测量，可以对获得的数据进行处理，利用专业的软件，将其中无用、多余的数据直接删除，也可以对残缺的数据进行弥补，使测量数据更全面、更准确，进一步可得到矿山的三维模型，使得无人机倾斜摄影测量的数据更专业，工作人员可在此基础上进行后续工作，从根本上保障了矿山治理工作的质量。

（3）效率更高。利用传统方式对矿山进行测量时，需要工作人员对矿山进行测量，工作负担较大且存在较多的风险因素，也会导致测量用时过多，影响测量效率。利用无人机倾斜摄影测量技术开展测绘工作，能极大地减少外业工作时间，减轻技术人员的工作负担，节约时间、提高效率[1]。通过具体的矿山治理工作可知，使用无人机倾斜摄影测量获得矿山数据的效率是普通测量方式的三到四倍，且数据准确性和安全性都得到了极大的提升。

（4）为矿山治理工作提供保障。目前，无人机倾斜摄影测量技术可以为技术人员和矿山管理工作人员提供大量的高清影像以及多样化的数据信息[2]。利用这些信息，矿山管理人员对矿山的具体情况有了更全面的掌握，为矿山的治理工作提供了更好的指导，帮助矿山更好的经营。

2 无人机倾斜摄影测量在矿山治理中的应用流程

2.1 测区概况

本文选择某地区的露天铁矿为案例。该地区为山地地形，地势条件复杂，矿山区域存在多处陡坡，且整片区域交通不便，仅有一条公路贯穿。该区域气候温和、四季分明，恶劣天气出现的情况较少，降雨主要分布在夏季。

2.2 目标确认和空域申请

在无人机倾斜摄影测量工作开始之前，应做好一系列的准备工作，具体包括测量目标的确认、飞行空域申请等[3]。飞行计划大致可分为以下五点：第一，了解测量区域的地理位置、地理环境等信息概况；第二，确定拍摄的比例尺和飞行高度；第三，选择合适的平地位置供无人机起落；第四，根据测量精度要求选择像素相符的相机；第五，综合考虑天气因素、环境因素等。此外，无人机倾斜摄影测量工作人员需要向相关部门提交飞行空域申请，在获得相关部门允许后才能进行无人机测量；若未获得飞行许可，需要结合实际情况制定低空飞行方案，明确规定飞行时间、飞行范围等因素，之后向有关部门递交申请。

在完成目标确认和航线申请后，需要严格按照既定流程进行后续的无人机倾斜摄影测量工作。此时，工作人员需要按照标准规定和测量标准对无人机的参数进行设置，保障无人机倾斜摄影测量工作的质量以及提升测量工作的效率。

2.3 航线参数设计

相关的技术参数包含设定路线、设定飞行等多个方面。国家对低空航空摄影有相关规定：在航空摄影进行之前，无人机的技术参数必须是按照预定的轨迹飞行。在进行航线技术设计时，具体的技术参数有很多，以其中的飞行高度为例，可用以下公式计算：

上述公式中，H表示无人机进行倾斜摄影测量时的飞行高度；f表示物镜镜头的焦距；a表示像元尺寸；GSD表示航空摄影时地面的分辨率。除了飞行高度外，还有一个重要的参数就是测图的比例尺。测图比例尺的合理性将直接影响无人机倾斜摄影测量的质量，具体的测图比例尺与地面分辨率的关系如表1所示：

表1 测图比例尺与地面分辨率对应关系表

做好无人机倾斜摄影测量的全部数据参数设置后就可以对矿山进行测量，为了达到理想的测量效果，应尽量选择风和日丽、万里无云的晴天进行。同时，在获得无人机拍摄的实时图像之后，地面工作人员需要及时的对图像进行处理，对比数据与矿山实际之间的差距，并及时对数据缺陷进行补拍，在数据检查符合测量要求后，收回无人机，此时测量工作才算正式完成。

2.4 检查点布设

依据国家低空摄影测量内外业成图精度的规定，像控点布设需要遵循一定的原则。具体的原则包括以下几点：第一，在地形复杂地区进行无人机倾斜摄影测量时，必须在地面上设置清晰的点作为无人机倾斜摄影测量的控制点，以此提高测量结果的精确性；第二，控制点应依据无人机的飞行航线进行设置，并且在同一位置的平面点和无人机飞行高度点最好能够联测成平高点；第三，为了提高测量的效率，像控点尽量设置在无人机飞行航线交接的区域，对于航向没有重叠的部分，必须在航线上分别设置像控点；第四，控制点尽量放置在航线重叠点附近的中线小于3厘米的位置，避免把控制点放置在距离图像边缘不到1cm的位置，因为一旦受到外界因素的影响，无人机的稳定性就会改变，拍摄误差就会变大，影响结果的准确性；第五，尽量按照标准进行控制点和像控点的设置，保障无人机倾斜摄影测量的准确性，提高测量精度。

3 无人机倾斜摄影测量在矿山治理中的应用

3.1 矿山影像拍摄

无人机航空拍摄主要由无人机搭载无人摄像系统完成，可以获取矿山地质环境条件的准确数据信息，通过选用航拍摄影图像，对项目规划涉及的地形图进行对比核对。应用无人机倾斜摄影对矿山治理进行拍摄时，有以下几点优势：首先，应用无人机倾斜测量方法时，无人机从一个垂直角度和四个倾斜角度对矿山进行拍摄，可以将矿山的全貌直观、立体地展示出来，更能反映矿山治理的真实情况；另外，有利于矿山治理工作人员了解矿山治理的情况，针对性的弥补矿山治理的不足，有效解决了传统拍摄过于平面化的弊端，为后续的矿山治理工作奠定了良好的基础。其次，应用无人机倾斜摄影可以获得矿山治理的侧面信息。利用无人机对矿山进行全方位拍摄，整个矿山的立体图像被清晰的展示出来，便于后期三维模型的构建；在此基础上，将拍摄的信息充分展示在三维模型上，可实现对矿山治理细节的还原，帮助矿山治理工作更有效地进行。最后，通过无人机倾斜测量，在矿山周围区域安装相应的传感器等设备，有效解决了以往矿山治理需要多次拍摄的弊端，通过一次测量便可以获得矿山的数据信息，短时间内便可完成测量工作，极大地提高了测量工作的效率；同时，无人机倾斜测量的数据准确性相比传统拍摄方式有极大的提升，保障了后续矿山治理工作的有效进行。

3.2 矿山地质测量

将无人机应用在矿山地质测量上是一项新的技术突破。应用无人机对矿山的地质情况进行测量，可全面获得矿山的基本信息，并以此为依据指导后续矿山治理工作的进行。在矿山地质测量中无人机倾斜摄影测量的应用包括以下几个方面：首先，矿山地形图测量。地形图测量是进行其他工作的基础，在矿山地形图测量中应用无人机倾斜摄影测量显著的减少了测量任务，降低测量人员外业安全事故发生的概率；同时，无人机体积小巧轻便，操作简单，数据采集时对外在因素影响的要求低，可快速高效的得到矿山的地形图。其次，便于外业航拍。传统矿山测量方式需要工作人员在矿山中进行，很容易出现安全事故，数据准确性不高。若应用无人机进行测量，工作人员只需要在无人机上安装摄像机和传感器便可对露天矿山进行测量，及时掌握露天矿山的实际情况，为外业工作提供了极大的便利，也提升了数据的准确性。最后，便于矿洞勘测。矿山的治理不仅需要矿山的外貌地形信息，还需要对矿山的内部空间信息进行勘测，主要体现在对矿洞的勘测上。为了降低人为勘测矿洞的危险，应用无人机对矿洞进行倾斜测量。由于其体型小巧、操作方便，可很好地完成矿洞勘测工作，帮助工作人员掌握矿洞信息，方便后续的治理工作。

3.3 像控点测量

所谓像控点指的是摄影测量控制的基点，像控点选择是否合理将直接影响矿山测量结果的精确度，因此，必须对像控点进行有效测量。通常情况下，无人机倾斜摄影测量采用单基站的方式对像控点进行测量，具体应用时需要注意以下几点：首先，设置实时数据。在利用无人机倾斜摄影测量对矿山进行测量时，无人机操作者需要设置实时数据，并保障无人机与数据接收平台的通讯流畅，以此确定流动站的具体位置，实现矿山坐标数据的顺利转换；同时，要控制水平面与无人机高度的收敛精度，完成单基站通讯内容的设置，为后续测量奠定基础。其次，保障单基站始终具有良好的观测条件。为了有效提高像控点测量的准确性，矿山治理工作人员需要保障单基站始终处在良好观测的状态；同时，为了降低测量设备对测量结果的影响，观测之前工作人员需要对全部的设备进行初始化处理，并依据实际情况对设备参数进行设置，以求得准确的固定解。最后，多次测量取平均值。为了保障像控点测量的准确性，工作人员至少进行3次无人机倾斜摄影测量，若某个测量数据与其他数据相差较大则应舍弃该数据，并对其他数据求平均值，并且每次测量工作开始和结束都需要对已知的像控点进行检核，将测量误差和外在因素的影响降低到最小范围。

3.4 数据处理

应用无人机倾斜摄影进行矿山测量是一项系统性的作业，需要在对矿山数据进行测量的基础上，进一步由专业人员对数据进行处理，为后续的矿山治理工作提供理论依据。无人机倾斜摄影测量技术的数据处理可简单的划分为以下两方面：一方面，无人机测量。无人机在飞至测量区域上空时，按照设定的程序对矿山进行测量，获得矿山的地质信息；同时，需要保持无人机与地面接收系统的通讯，方便无人机快速的将测量结果传至接收系统。在地面接收系统接收到无人机的图片信息后，全数字测量工作站需要对无人机传来的数据进行空中三角测算测量，得到相应的测量结果，并将结果导进全数字测量工作站，将无人机测量的数据进行还原，得到矿山的立体模型和图像等，方便后续的数据处理工作。另一方面，规范的数据处理。在得到矿山的立体模型和图像后，工作人员需要按照国家相关要求对矿山的地形地貌、地质条件等信息进行收集，传送符号化的分幅数据；在此基础上，需要根据矿山治理项目的设计要求、规范标准等将测量数据和无人机倾斜摄影图像进行对照，修改其中错误部分的同时也需要对数据遗漏的部分进行添加；之后，利用二维设计软件如CAD对航拍获得的数据进行初步编辑，将矿山的大致轮廓表示出来，最后将结果进行储存。

3.5 矿山模型制作

为了使工作人员更加直观地了解矿山的具体情况，需要在无人机倾斜摄影测量获得矿山数据的基础上制作矿山的三维模型，要求尽可能地将矿山实际情况体现在三维模型之中；同时，为了有效保障矿山模型的精度、减少数字线划地图三维数据的偏差，需要利用专业软件对矿山数据进行处理，删去其中多余的数据。矿山模型的制作可分为以下三步：第一，在进行数据处理时工作人员获得了矿山的数据，此时的数据存在一定的缺陷与偏差，需要进一步对数据进行增添和删减，确保数据的完整性，使数据尽可能符合矿山的实际情况，以此获得数字线划地图准确的三维立体数据，为后续的矿山模型制作工作提供数据支持。第二，在获得矿山准确的数字线划地图三维立体数据后，工作人员需要以数据为基础，按照国家标准规定进行图形的绘制，将原本的三维立体数据转化为二维图形，并对图片上的内容进行处理，确保绘制图形的科学性与合理性，并以相应的格式对图形内容进行处理。最后，在获取矿山的二维图形并进行格式处理后，工作人员需要进一步将格式化的二维图形导入到其他专业软件中生成矿山地表信息的三维模型，并加强对三维模型细节处的处理，尽可能确保三维模型能真实的反应矿山的实际情况，方便工作人员直观了解矿山地形形态属性信息。

3.6 空中三角测量技术

空中三角测量是无人机倾斜摄影测量的重要方法之一，主要通过图像测试解析的方式对矿山的数据和要点进行确定。传统的空中三角测量技术需要大量的技术手段支持，成本花费相对较高，并且检测的方式也极为复杂，测量结果的准确性和工作效率均处在较低的水平。为了解决传统模式带来的问题，在矿山治理中使用无人机倾斜测量技术进行空中三角测量。

在利用无人机倾斜拍摄测量技术进行空中三角测量时，首先要考虑无人机的稳定性问题。由于无人机体型小巧，重量较轻，而空中的风力较地面更大，很容易影响无人机的稳定性，导致测量结果出现较大的误差。为了解决这个问题，工作人员需要手动调节无人机空中飞行的误差，为图像和实际位置之间的匹配提供保障，将测量数据误差对矿山治理工作的影响降到最低。

此外，运用无人机倾斜摄影测量技术进行空中三角测量可以实现图像和数据的自动匹配。利用专业软件对无人机拍摄的图像进行处理，由于软件具有较高的自动化程度，工作人员只需要输入相关的信息便可达到理想的处理效果。同时，利用其数据自动匹配功能，有效的对测量区域的连接点进行了测试，保障测量区域连接点的均匀性，但在无人机空中三角测量进行时要注意连接点的增加问题，尽可能避免连接点位于测量区域边缘处，使连接点尽可能分布在中心位置。

4 结语

综上所述，在矿山治理工作中，应用无人机倾斜摄影技术保障了矿山治理的效果，使得矿山治理更专业、效率更高、信息也更全面。在应用无人机倾斜摄影技术进行矿山治理时，需要严格按照流程进行测量。具体来说，在矿山治理中，无人机倾斜测量有矿山影像拍摄、矿山地质测量、像控点测量、数据处理、矿山模型制作、空中三角测量技术六项应用，实现矿山治理质量的稳步提高。