馬存富

（云南金沙礦業(yè)股份有限公司濫泥坪公司，云南 東川 654103）

傳統(tǒng)的測(cè)量礦山地形的方式收到了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的沖擊，立體的礦山地形影像數(shù)據(jù)通過無人機(jī)多鏡頭攝影可清晰地展現(xiàn)在我們眼前，無人機(jī)攝影生成自動(dòng)的三維立體礦山數(shù)據(jù)，使得地理信息的提取、處理和運(yùn)用都更加便捷。無人機(jī)傾斜攝影因其豐富的信息量、直觀的影像信息、三維立體模型而受到歡迎。在測(cè)量礦山地形時(shí)，無人機(jī)的高效工作率、較低的成本以及精準(zhǔn)直接的數(shù)據(jù)都將提高測(cè)量礦山地形工作的效率。本文通過分析無人機(jī)測(cè)量方法、測(cè)繪礦山地形圖的流程、具體實(shí)施過程、測(cè)量成果具體應(yīng)用與分析方法，從而提出無人機(jī)測(cè)量中存在的問題與解決措施，從而完成本文的研究。

1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量礦山地形的方法

在測(cè)量礦山地形時(shí)，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)不僅能夠真實(shí)的反映礦山地形情況，不需要耗費(fèi)大量的人力物力，而且無人機(jī)先進(jìn)的定位技術(shù)可以提供精準(zhǔn)的地理信息，呈現(xiàn)更豐富的礦山影像資料。所測(cè)的礦山地區(qū)周邊的真實(shí)情況可以通過無人機(jī)傾斜攝影的正射影像反映出來[1]，無人機(jī)還能從多個(gè)角度觀察礦山地形，礦山地形的實(shí)際情況能通過無人機(jī)得到更加真實(shí)的反映，無人機(jī)的傾斜攝影可以彌補(bǔ)普通正射影像在測(cè)量礦山地形中的不足。無人機(jī)傾斜攝影在與配套軟件的結(jié)合運(yùn)用中實(shí)現(xiàn)單張影像測(cè)量，可以在測(cè)量后的影像中對(duì)礦山的高度、面積、深度以及長(zhǎng)度等方面進(jìn)行直接測(cè)量，擴(kuò)展了無人機(jī)傾斜攝影在礦山地形測(cè)量行業(yè)中的應(yīng)用。無人機(jī)傾斜攝影在測(cè)量地形時(shí)通過航空攝影，對(duì)礦山的側(cè)面紋理進(jìn)行三維立體模型的建設(shè)，充分發(fā)揮無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行大規(guī)模的高空拍攝，提供與礦山地形有關(guān)的紋理信息，很大程度上降低了礦山地形在測(cè)量中的三維建模成本。無人機(jī)傾斜攝影在礦山地形的測(cè)量中有4點(diǎn)明顯的優(yōu)勢(shì)：①可以直觀地反映礦山周邊地形的實(shí)際情況。②可以收集礦山周邊地形相關(guān)紋理數(shù)據(jù)。③可以對(duì)礦山地形進(jìn)行單張影像的拍攝。④便于整理的、較小的數(shù)據(jù)有利于發(fā)布數(shù)據(jù)成果。

2 基于無人機(jī)傾斜攝影生成三維模型測(cè)繪礦山地形圖的流程

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測(cè)量礦山地形時(shí)主要運(yùn)用到了三維建模方法[2]。簡(jiǎn)而言之，通過校檢相機(jī)、結(jié)算數(shù)據(jù)、空中構(gòu)建三維建模，將礦山地形的影像數(shù)據(jù)變成三維模型，從而實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景。除了反映被測(cè)量的礦山實(shí)際情況，無人機(jī)傾斜攝影得到的數(shù)據(jù)還可以與高科技先進(jìn)的定位系統(tǒng)結(jié)合，從而得到精準(zhǔn)的礦山地理位置信息，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的三維建模在測(cè)量礦山地形時(shí)的缺陷與不足。這種三維建模是無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量結(jié)果與參數(shù)化技術(shù)建模的結(jié)合構(gòu)建來的，最終通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波測(cè)量并繪制出具有真實(shí)性與精確性的礦山地形圖。

3 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山中的具體實(shí)施

現(xiàn)以云南省昆明市濫泥坪銅礦礦區(qū)的礦山地形測(cè)量項(xiàng)目為示例：

3.1 前期調(diào)查階段

首先決定好礦山需要拍攝的范圍，在考慮拍攝范圍時(shí)，為了避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不足或是數(shù)據(jù)缺失的情況，應(yīng)該相應(yīng)的擴(kuò)大拍攝范圍。在前期調(diào)查階段還應(yīng)該確定好拍攝影像信息的分辨率，在本次礦山地形測(cè)量項(xiàng)目中，礦山地形的三維立體模型分辨率是0.2m，正射影像圖的分辨率是0.1m。因鞍山——本溪鐵礦區(qū)的礦山面積不太大，且要求較高的分辨率，這次無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量項(xiàng)目選用多旋翼無人機(jī)來協(xié)助此次拍攝。

3.2 計(jì)劃航線階段

在完成前期調(diào)查階段后，將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理合并，制作一份詳細(xì)的數(shù)據(jù)化礦山地形數(shù)據(jù)圖。然后與無人機(jī)控住軟件相結(jié)合，以前期調(diào)查階段提出的三維立體模型以及正射影像圖的分辨率為條件，加入航拍高度、畫面重疊度等參數(shù)，從而計(jì)劃好航拍航線。

3.3 外業(yè)航拍階段

將6臺(tái)傳感器搭載上同一個(gè)飛行平臺(tái)上，并從6個(gè)不同的拍攝角度、5個(gè)傾斜角度、1個(gè)垂直角度來進(jìn)行影像的拍攝，在拍攝有關(guān)礦山地形的相片時(shí)，還要記錄好與礦山相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，如拍攝高度、航拍方向、畫面重疊度和礦山坐標(biāo)等，并對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。無人機(jī)拍攝與定位技術(shù)進(jìn)行巧妙結(jié)合，不僅能夠反映拍攝地的真實(shí)情況，還能獲取礦山的地理位置，獲得更多相關(guān)數(shù)據(jù)。在確定好的航線基礎(chǔ)之上，通過多旋翼無人機(jī)的協(xié)同拍攝，來獲取完整的礦山地形數(shù)據(jù)。

3.4 內(nèi)業(yè)處理階段

在結(jié)束外業(yè)航拍階段后，專業(yè)的業(yè)內(nèi)人員通過地理信息系統(tǒng)軟件、攝影測(cè)量系統(tǒng)、全自動(dòng)進(jìn)行三維模型建立軟件等軟件來處理獲取的數(shù)據(jù)，礦山地形相關(guān)數(shù)據(jù)、礦山拍攝圖都需要進(jìn)行加密處理，從而得到立體的三維模型和正射影像圖。

3.5 評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果

礦山地形的測(cè)量結(jié)果需要通過檢查點(diǎn)來進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果的準(zhǔn)確度是取決于檢查點(diǎn)的準(zhǔn)確度，從而得出該項(xiàng)目的完成度，合格的項(xiàng)目應(yīng)該滿足圖面沒有明顯的拼接痕跡這點(diǎn)要求。（詳情見表1）

表1 技術(shù)指標(biāo)

4 測(cè)量成果具體應(yīng)用與分析方法研究

被測(cè)量的礦山地形的數(shù)字正射影像圖和高分辨率三維立體模型可在無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的協(xié)助下獲得[3]。整個(gè)被測(cè)礦山地形的真實(shí)情況和測(cè)量區(qū)域，都可在數(shù)字正射影像圖中直觀地看到，同時(shí)，被測(cè)量的礦山面積、范圍等數(shù)據(jù)都可在正射影像圖中一一展現(xiàn)出來。

三維立體模型可在全自動(dòng)三維模型建立軟件中得到立體的測(cè)量，并且該軟件可以計(jì)算礦山開挖的土方量。想要?jiǎng)討B(tài)的監(jiān)測(cè)礦山地形，可以采用多種時(shí)段拍攝方法，運(yùn)用這種方法，不僅能夠測(cè)量立體模型，還能提供直觀準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為礦山管理人員提供管理數(shù)據(jù)。

礦山的管理者可以通過傾斜攝影的高分辨率直觀清楚地看到礦山地形，便于管理者調(diào)整礦山開采力度、疏通礦山排水系統(tǒng)、保護(hù)礦山環(huán)境、開墾礦山土地，制定相關(guān)礦山管理標(biāo)準(zhǔn)。

礦山開采范圍影響礦山的開采量、礦山生產(chǎn)能力、巖石剝離情況以及可開采年限，而礦山的開采范圍可以通過數(shù)字正射影像圖與三維立體模型得到準(zhǔn)確測(cè)量。

此次測(cè)量任務(wù)需要無人機(jī)傾斜攝影協(xié)同完成。較高的分辨率和較大的圖像重疊度是無人機(jī)攝影的優(yōu)勢(shì)所在，為了克服傳統(tǒng)礦山地形測(cè)量方法的缺點(diǎn)與不足，無人機(jī)測(cè)量工作人員可以在一個(gè)平穩(wěn)的地方對(duì)礦山地形進(jìn)行測(cè)量。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)有效地降低了測(cè)量成本，大大地提高測(cè)量結(jié)果的精確度，還能保證工作人員的人身安全，這些都是傳統(tǒng)測(cè)量方法無法達(dá)到的。

當(dāng)無人機(jī)攝影技術(shù)與定位系統(tǒng)結(jié)合運(yùn)用時(shí)，除了更加真實(shí)全面地反映礦山地形情況，還能提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息、直觀生動(dòng)的影像信息、讓使用者全方位地了解礦山地形，使無人機(jī)攝影技術(shù)與礦山測(cè)量有機(jī)結(jié)合。

在礦山地形測(cè)量的相關(guān)領(lǐng)域中，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)廣受歡迎，成為大勢(shì)所趨。與此同時(shí)，為了降低測(cè)量成本、提高測(cè)量結(jié)果，很多礦山管理人員都會(huì)摒棄傳統(tǒng)測(cè)量方法而選擇無人機(jī)攝影。

5 存在的問題與解決措施

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)后期數(shù)據(jù)影像匹配時(shí)，因傾斜影像的攝影比例尺不一致、分辨率差異、地物遮擋等因素導(dǎo)致獲取的數(shù)據(jù)中含有較多的出入，嚴(yán)重影響后續(xù)影像空三精度。然而，利用傾斜攝影測(cè)量中包含了大量的冗余信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)的高精度匹配是提高傾斜攝影技術(shù)實(shí)用性的關(guān)鍵。

傾斜攝影測(cè)量所形成的三維模型在表達(dá)整體的同時(shí)，某些地方存在模型缺失或失真等問題。因此，為了三維模型的完整準(zhǔn)確地表達(dá)需要進(jìn)行局部區(qū)域的補(bǔ)測(cè)，常用方法是人工相機(jī)拍照或者使用車載近景攝影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。

隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)作為傾斜攝影測(cè)量實(shí)用的載體，為了增加其便攜性和靈活性以及續(xù)航能力，科技人員正在研制體積小長(zhǎng)續(xù)航的電池。

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)將逐漸成熟，對(duì)成果的質(zhì)量要求會(huì)越來越高，選擇高分辨率、高曝光次數(shù)的相機(jī)、規(guī)劃設(shè)計(jì)合理的航線與航高對(duì)確保成果質(zhì)量至關(guān)重要。

6 結(jié)語(yǔ)

本文研究了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在礦山地形測(cè)量中的運(yùn)用，基于對(duì)無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量礦山地形的方法、測(cè)繪礦山地形圖的流程、無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山中的具體實(shí)施以及測(cè)量成果具體應(yīng)用與分析方法研究，從而提無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測(cè)量礦山地形時(shí)存在的問題與解決措施。希望本文的研究能夠?yàn)闊o人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測(cè)量礦山地形方面運(yùn)用提供思路。

[1]宋寶民．無人機(jī)傾斜攝影在地形成圖中的應(yīng)用研究[J]．經(jīng)貿(mào)實(shí)踐,2017,20(10)：110-111．

[2]張玉俠,蘭鵬濤,金元春,等．無人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)在露天礦山監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐與探索[J]．測(cè)繪通報(bào),2017,12(s1)：114-116．

[3]馬靜,石瑩．淺談傾斜攝影測(cè)量在大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用[J]．測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化,2017,14(3)：46-48．