无人机倾斜摄影测量在矿山测绘中的应用探讨

2023-04-22陈国珊

居业 2023年11期

陈国珊

(厦门长衡测绘有限公司,福建厦门 361000)

0 引言

随着信息技术发展水平的不断提高，当前，其在各行各业也得到了广泛的应用，既有利于各个领域的发展，同时也使得其工作效率和质量得到显著改善。特别是在矿山测绘领域，通过无人机倾斜摄影测量技术进行相关信息的采集与获取，使得测绘工作难度大大降低，相较于传统测绘技术而言，该技术准确度精准度以及测量效率均得到显著提升，为矿山测绘工作的进一步发展给予了充足动力[1]。通过应用无人机倾斜摄影测量技术，既能够有效提高矿山测绘工作的安全性，有效节约人力物力资源，同时也使得测绘结果受到复杂地貌的影响，大大降低，获得更加准确的测量结果。

1 无人机倾斜摄影测量技术

1.1 内容介绍

随着信息技术以及无人机技术的良好发展，当前在多个领域，无人机倾斜摄影测量技术均发挥重要作用，为多角度测量工作提供了诸多支持与帮助。无人机倾斜测绘技术的原理，是在进行数据测量时借助无人机从多个角度对目标测量对象进行数据的采集，最初是在建筑垂直面数据测量工作中应用无人机倾斜摄影测量技术，但随着该技术的逐渐发展，以及无人机技术发展水平的逐渐提高，其应用范围逐渐拓宽。当前正逐渐将无人机倾斜摄影测量技术与GPS定位技术以及综合图像匹配技术联合应用，进一步拓宽其应用范围，使其在实际工作中发挥更重要的作用。

无人机倾斜摄影测量系统包括：(1)无人机飞行平台。无人机系统主要由飞控系统、云台、相机、图传设备等组成，此类设备的性能主要基于飞行平台向生产厂家进行定制，这一过程中要重点研究无人机飞行平台的载重能力，续航时间，抗干扰能力以及与平台之间的匹配性，在应用过程中成本相对较低，性能好，质量轻载重大，可满足于当前无人机倾斜摄影所需平台的要求。(2)飞行控制与导航系统。飞行控制系统主要用于接收传感器传回无人机飞行悬停的各种姿态变化，以及各种飞行姿态数据，由飞行控制系统进行计算判断，从而下达操控指令，对无人机平台的飞行动作以及飞行姿态进行调整。导航系统主要用于测量无人机曝光时刻影像的空间位置和姿态，对于无人机搭载的导航系统具备测量位置的GPS功能与测量姿态的INS系统，能够快速得到影像的经纬度、高度、姿态信息。(3)任务设备。任务设备包括摄影机、摄影机控制系统及其他相关部件，这些部件主要应用于倾斜摄影，对于载重平台较小的无人机，其佩戴的相机大多是轻小型，搭载多是单镜头非量测数码相机，像素一般在2 000万以上。在摄影测绘过程中，为了获取高精度的地面坐标，则需要清楚掌握摄影机的内方位元素(x,y,f)，在航测之前需要对无人机进行检校工作，一般检校工作是在实验室内进行，获取影像内方位元素和畸变参数[2]。(4)数据传输系统。数据传输系统需要传输两个方面的内容，一是无人机飞行参数，包括航高、距离、轨迹、航向和飞行资料等；二是无人机获取的影像数据，这些数据一般储存在内存卡中，在航拍结束后通过数据分享，为后续工作开展奠定基础。

1.2 技术优势

通过无人机进行倾斜摄影时，能够从多个角度完成数据的采集与测量工作，使工作人员的测绘需求能够得到充分满足，同时由于该方法可以在一次测量中针对多个不同平面数据进行采集，所以有效降低了测量次数，对于提高工作效率具有显著积极影响。

而且通过无人机进行数据采集，能够获得更加立体直观的数据，相较于传统测量模式无人机测绘技术所得到的数据是从多个角度获取的，因此在进行相应模型的构建时，也可以实现更加三维立体的模型建立工作，而传统测量方式其往往都是通过正视或者是侧视角度进行数据采集，导致最终所得的结果存在一定局限。此外应用无人机倾斜摄影技术采集得到的数据以及图片资料无论是在宏观层面还是微观层面，均能够十分全面地对采集对象信息进行显示。在应用该技术时，第1步需要完成目标对象的数据检测工作之后，将所得数据信息传输到电脑中进行数据处理，也将其中的重大信息以及错误点加以删除或者修改，在对数据进行初步梳理后，应用互联网技术加以联机分析处理，最终获得所需的测绘信息。在对其整体工作流程进行分析后，能够看出该技术具有较高的自动化程度，使得因人为因素导致的风险发生概率大大降低，同时也有效节约了人力及物力资源，使得测绘工作质量得到显著提高。在人力物力资源有效节约的同时也使得测绘的技术成本大大降低。

2 无人机倾斜摄影技术的测绘方式

2.1 实地勘察

通过无人机倾斜摄影技术进行矿山测绘时，相关工作人员应当先对需要测量的区域范围进行明确，然后用无人机进行试拍，从而选择适宜的分辨率使其处于最佳状态，此外为避免采集信息不全对后续施工的影响，通常在实际进行拍摄时所拍摄的区域会比预期施工区域范围更广一些，以保证最终所得数据的全面性。

2.2 确定航拍路线

在明确了详细的矿山数据信息后，需对所得信息加以全方位的分析处理之后，在无人机控制程序中导入，根据实际需求完成相关参数的调节与设定，并结合实际情况选择适宜的航拍路线。

2.3 测绘信息数据处理

实际进行测绘时工作人员需在无人机上安装多角度的专业测绘传感器以保证可以及时对所需数据信息进行测量收集与整理。一般在进行测绘时，工作人员会对航拍时的飞行路线、方向以及拍摄方向等内容进行记录，尤其是在应用无人机倾斜摄影测绘技术之后，要用专业性的软件完成相关数据信息的处理。数据处理完成后，基于所得结果构建矿山的三维数据模型，为后续实际工作提供一定参考。

2.4 测绘结果分析评价

在获得所需数据信息后，相关人员应当根据测量结果以及矿山实际情况对其进行综合性的评价分析，确定所得结果的可靠性、准确性以及可靠度，再确定各个数据均满足相应的标准以及规范要求后，方可应用于后续工作。

3 在矿山工程测绘各阶段的应用

3.1 开采规划阶段

正式进行开采工作前，工作人员还需要对矿山进行全方位的勘察和数据采集工作，基于勘探结果制定科学合理的开采方案，通过应用无人机倾斜摄影技术，可以更加全方位地对矿山实际信息进行采集，既能够了解其地貌信息，也可对其海拔、高度以及整体地形信息进行获取，而且在数据获取后，还可以用计算机完成矿山地形图以及三维模型的绘制工作，从而获得更加精准可靠的矿山测绘结果。实际进行上述操作时，所需建模软件为CAD软件，将所得数据信息导入到该软件后，即可进行矿山三维模型的构建工作，使得相关工作人员能够更加直观清晰地了解到矿山以及其周围环境的实际情况，此后相关工作人员可根据该模型对施工方案加以优化完善，针对施工过程中可能面临的问题或者潜在危险进行明确，并确定应对方案。此外，在施工过程中，还应当建立起以倾斜摄影技术为基础采集得到的各类数据信息的综合性数据库，对矿山的特点、结构情况进行更加深入的了解与掌握，以保证施工的科学性和合理性[3]。

其次，将实践经验在全国范围内推广。我国自贸区几乎涉及东南、西南、中部、西北、东北等主要地理区域，各个自贸区的地理位置、经济发展状况、工业结构等各异，这为竞争中立制度的实施提供了多样化的实践环境。自贸区的实践经验在全国范围内推行时，可再细化其推行步骤和程序机制，结合各个行业的特殊性，以市场竞争状况、市场结构、行业经济地位等作为其现实依据，使推行的竞争中立制度更具科学性。

3.2 矿山施工阶段

无人机倾斜摄影技术不仅能够在矿山正式开工之前进行相关数据的采集，为后续实际施工工作提供数据支持，保证其符合质检规定，也可在矿山实际开工过程中发挥一定作用，通过该技术可以准确高效地对矿山及其附近环境以及相关数据信息加以采集，以保证在实际施工过程中，外界因素不会对施工带来显著影响，为勘探工作和矿山施工工作的安全性提供良好保障。此外借助无人机技术还可进行低空拍摄，从而使得工作人员可以获得矿山施工过程中的实际情况，更加科学、合理、规范地进行施工现场管控，并对矿石位置进行合理的规划与安排，防止发生局部超载问题，使得部分区域地层面临严重负面影响。对现代化矿山施工工作而言，无人机技术能够很好地满足其各项需求。

3.3 矿山验收阶段

工程竣工后，需要对工程项目进行验收。这时候，无人机倾斜摄影技术仍然可以发挥其优势。在实际应用中，主要是通过无人机测绘，收集当前矿井实际情况的数据信息，输入计算机，显示矿井实际情况。工作人员还可以针对矿山的实际情况，应用相关软件进行建模做具体分析模拟。

3.4 生态修复

3.4.1 前期地形地貌的勘测

随着测绘技术的发展，能够以清晰直观的方式对矿区前期地形地貌进行测量。使用无人机倾斜摄影技术，运用无人机拍摄多组镜头影像而后生成矿山的正射影像、三维立体影像，正射影像可以将矿山周边的实际情况进行展现，以三维立体影像的方式对矿山进行多角度观察，并配套相应的航片处理软件，可获取矿山的数据信息，为生态修复方案的制定奠定数据基础。

3.4.2 外业数据采集

影像的采集：在外业数据采集过程中，应根据客户的需求明确测区范围和精度要求，并选用合适的无人机和摄像机；根据矿区道路的实际情况，选择恰当的交通工具；在无人机放飞过程中要注重无人机放飞场地的选择，避免与高大苗木以及高压线发生碰撞。在影像采集过程中，按照《低空数字航空摄影规范》中指出，航向重叠要求在60%～80%，最低不小于53%，旁向重叠15%～60%，最小不小于8%的要求进行倾斜拍摄，从而提升拍摄的精准度，获取准确的数据模型[4]。

航线的布设：由于无人机在野外飞行过程中覆盖面积有限，对于大面积矿山区域的倾斜拍摄，必须要考虑到无人机的续航能力。例如使用大疆无人机地面控制APP，在指定范围内设置好高度以及相片重叠率等参数自动规划航摄路线，进行外业数据采集，可清晰地展示出无人机的飞行状态飞行参数，确保矿山无人机倾斜摄影测量任务的完成。

3.4.3 内业数据处理

软件选择：倾斜摄影自动三维建模软件使用的是Pix4d、Photoscar、Smart3DCapture三类。Pix4d软件主要应用生成正射影像，在三维建模的速度和效果较差，在高精度三维建模上并不适用；Photoscarn软件成数字图像的处理，生成三维模型，效果较好，但Photoscarn软件价格相对较高，因此在影像处理软件检测上大多以Smart3DCapture软件为主。Smart3DCapture软件能够连续快速完成三维建模，生成基于真实影像的高密度点云，若相机分辨率较高，可无限接近还原真实场景。

建模过程：(1)使用Smart3DCapture获取的原始数据中的POS文件是以文本文档的格式存在，而在导入区块过程中为Execl表格；(2)添加检查建模的图片；(3)添加像片控制点；(4)利用smart3D 中的Context Capture Center Engine进行空三运算；(5)对所拍摄影像进行分块处理；(6)3D建模，选择输出格式和使用坐标系统，并勾选要建模的瓦片，等待建模完成。

3.4.4 三维模型应用分析

实景三维模型能够真实准确的还原测量现场的实际情况，可以在同一位置以不同的角度展现地貌信息，便于设计人员直观清晰的了解周边地理信息，为设计决策提供准确的数据支持。如了解矿山周边岩体特征、植被生长发育特征、土地利用现状，工程设施等，通过三维数据模型实时调查矿山周边农田、果园、林地、房屋、排水管线设施，为地质灾害评估提供指导；对矿场废石料堆积、矿坑结合深度的精准测量，便于后续工程量的估算。通过实景三维模型的应用为生态环境治理方案的制定提供了技术支撑，促进了矿山生态修复工作开展。