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        無人機三維傾斜攝影技術(shù)在露天礦山監(jiān)測中的實踐與探索

        2018-07-12 10:59:46勇,萬
        世界有色金屬 2018年9期
        關(guān)鍵詞:露天礦航拍立體

        涂 勇,萬 昕

        (1.南昌市土地測繪工程公司,江西 南昌 330000;2.南昌市不動產(chǎn)登記中心,江西 南昌 330012)

        隨著礦山開采工作效率的不斷提升,為保障礦山建設(shè)及生產(chǎn)的安全性,企業(yè)需要加強礦山監(jiān)測,應用現(xiàn)代化測繪技術(shù),獲取準確的地質(zhì)勘測信息,避開開采高危因素[1]。但是由于露天礦常占地面積較大、地形復雜多變,采用傳統(tǒng)監(jiān)測手段,工作量大,工作效率低,且數(shù)據(jù)精度得不到有效保障,且現(xiàn)場測繪人員還會因為露天礦邊坡滑坡而面臨人身危險。無人機三維傾斜攝影技術(shù)的應用,充分地滿足了露天礦山監(jiān)測的需求,采用無人機低空多角度鏡頭攝影的方式,可即時獲取清晰的地標物立體影像,獲取精準數(shù)據(jù)信息。

        1 無人機三維傾斜攝影技術(shù)概述

        無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)通常是利用無線電遙控設(shè)備及加載好的程序控制裝置來操縱,或者是由車載計算機完全或半自主操控,相比于傳統(tǒng)的人工駕駛飛機來說,無人機具有輕便靈活、造價低的優(yōu)點,能夠適用于各種復雜環(huán)境的作業(yè),目前被廣泛應用于航拍、農(nóng)業(yè)、災難救援、觀察野生動物、監(jiān)控傳染病等領(lǐng)域中[2]。

        從系統(tǒng)框架上來說,無人機測量系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成:①無人機飛行平臺。固定翼無人機成本較低,且飛行平穩(wěn),在帶狀地形圖測圖項目中應用廣泛;②飛行控制系統(tǒng)。其作用為飛行控制和任務設(shè)備管理,由自駕儀、GPS定位裝置、姿態(tài)陀螺及無線電遙控系統(tǒng)組成,能夠有效控制無人機的各項航行參數(shù),并將這些飛行參數(shù)能夠及時傳輸?shù)降孛婵刂破脚_中,讓工作人員實時掌握無人機的航拍情況;③攝影傳感器。無人機測量系統(tǒng)中常用的攝影傳感器有多種,其中較為常用的是EOS 5DMarkⅡ,在無人機航拍過程中,采取飛控系統(tǒng)進行快門定點爆光的控制,對焦固定在無窮遠處,并鎖定相機的內(nèi)方位元素,采用固定光圈及二軸穩(wěn)定云臺;④地面控制系統(tǒng)。在航拍前期,通過地面控制系統(tǒng)明確測圖區(qū)域,進行航線設(shè)計及無人機航行參數(shù)設(shè)置,而在航拍階段則需要通過這一系統(tǒng)監(jiān)測航拍情況,無人機結(jié)束航程后續(xù)進行導航文件的輸出及整理,并且進行影像質(zhì)量評估。

        無人機三維傾斜攝影技術(shù)的研發(fā),突破了傳統(tǒng)的測繪作業(yè)模式,在露天礦山監(jiān)測中應用,可實現(xiàn)礦山生產(chǎn)建設(shè)的全過程監(jiān)控,體現(xiàn)出了以下幾項技術(shù)優(yōu)勢:①通過垂直及傾斜等多個角度采集遙感影像,可全面直觀地反映出地標物周邊的真實情況;②能夠完整地采集到建筑物側(cè)面紋理,反映出地標物的具體信息;③在傾斜影像中,可實現(xiàn)單張影像的量測;④數(shù)據(jù)量較小,便于傳輸、共享。

        2 無人機三維傾斜攝影技術(shù)在露天礦山監(jiān)測中的實踐與探索

        2.1 技術(shù)應用流程

        在露天礦山監(jiān)測中,無人機三維傾斜攝影技術(shù)的應用流程如下:①需求調(diào)研階段。根據(jù)露天礦山監(jiān)測范圍,適當外擴后作為無人機航拍區(qū)域,確定DOM分辨率及三維模型分辨率;②航線設(shè)計階段。確定航拍范圍后,進行現(xiàn)場踏勘,收集測區(qū)的地質(zhì)、氣候等信息,制定航測計劃,導入無人機控制軟件,設(shè)置航高、帶寬、重疊度、地面分辨率等參數(shù),合理規(guī)劃航線,并將之錄入到飛行控制系統(tǒng)中;③外業(yè)航拍階段。同一個飛信平臺上,需搭載5臺傳感器,從一個垂直角度及四個傾斜角度來采集地標物的多方位影響,拍攝照片時需記錄當時的無人機航行參數(shù),比如說高度、速度、方向、坐標等,再進行數(shù)據(jù)處理和分析,此時可以結(jié)合應用GPS技術(shù),嵌入地理信息及影像信息,獲取更為詳細全面的測繪信息,并通過額外操控無人機補拍的方式補充信息;④內(nèi)業(yè)處理階段。應用技術(shù)相關(guān)軟件Arcgis、inpho、smart3D等對所獲取的數(shù)據(jù)進行處理,獲取數(shù)字正射影響及三維立體模型;⑤成果質(zhì)量評定。對數(shù)據(jù)精度以及圖面的拼接拉伸痕跡進行檢查,若符合要求則說明項目質(zhì)量達標。

        圖1 無人機三維傾斜攝影技術(shù)應用流程圖

        2.2 技術(shù)應用成果

        在露天礦山監(jiān)測中,無人機航空遙感攝影技術(shù)的成果主要有:① 可獲取具有較高分辨率的地標物三維傾斜立體模型及數(shù)字化信息,以及詳細精準的DOM數(shù)據(jù),應用Arcmap 軟件,可進行平面測量,實現(xiàn)礦產(chǎn)開采范圍及開采面積的檢測;②應用smart3D軟件,能夠?qū)崿F(xiàn)三維傾斜立體模型的立體兩側(cè),計算出開挖土方量,而通過不同階段的量測數(shù)據(jù),可實現(xiàn)礦山開采的動態(tài)監(jiān)測;③由于所獲取的影像分辨率較高,管理者可清晰直觀地觀察到露天礦山的建設(shè)生存情況,并以此為依據(jù)開展開采生存調(diào)度、礦山環(huán)境保護、排水疏干等工作。

        3 結(jié)語

        無人機航空遙感攝影技術(shù)在現(xiàn)代化測繪技術(shù)體系中的一種,具有經(jīng)濟適用性好、測繪效率高、測繪數(shù)據(jù)時效性強且準確度高的優(yōu)點,被廣泛應用于各個測繪工程中。而隨著科學技術(shù)的發(fā)展,其技術(shù)內(nèi)容發(fā)生了變化,攝影角度增加,通過無人機三維傾斜攝影技術(shù),測繪技術(shù)人員可獲取垂直及傾斜等多個方位的地標物影像,自動生成三維地理信息模型,實現(xiàn)對于地標物的立體監(jiān)測。在露天礦山測量工作中,應用這一技術(shù),可獲取監(jiān)測區(qū)域的地貌原始地形圖,并隨著礦山的建設(shè)生成,獲取建筑物、管線等的具體信息,為工程設(shè)計提供依據(jù),同時進行采場與排土場尾礦測繪驗收、月工程量的測量驗收等。

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