張凱幸,肖磊蕊
(1.江西省煤田地質(zhì)局測(cè)繪大隊(duì),江西 南昌 330000;2.江西弘毅測(cè)繪有限公司,江西 吉安 343000)
自我國(guó)北斗系統(tǒng)通入更多民用領(lǐng)域以來(lái),推動(dòng)了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,如無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量等技術(shù)。與傳統(tǒng)的測(cè)繪方法相比,無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多角度獲取測(cè)繪區(qū)域航空影像、測(cè)量周期短、精度高的優(yōu)勢(shì),在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用前景極為廣闊[1]?;诖?,本文以無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)為研究對(duì)象,分析該技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用效果,為推動(dòng)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展提供參考。
(1)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)基本原理。無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)包括傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和垂直航空攝影測(cè)量技術(shù),前者有效的彌補(bǔ)了垂直攝影測(cè)量技術(shù)無(wú)法獲取測(cè)繪區(qū)域側(cè)面信息的缺陷,實(shí)現(xiàn)了多角度獲取地面地物信息的目的,即無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地物三維信息的獲取,這為礦山測(cè)量由二維向三維發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是以無(wú)人機(jī)平臺(tái)為基礎(chǔ),搭載多臺(tái)無(wú)棱鏡對(duì)測(cè)繪區(qū)域以不同角度進(jìn)行航空拍攝[2]。無(wú)棱鏡鏡頭角度要根據(jù)不同測(cè)繪區(qū)域地形地貌變化特征、無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)行高等調(diào)整曝光周期等。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用流程見(jiàn)圖1。
圖1 傾斜攝影測(cè)量在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用流程圖
(2)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中具有明顯的優(yōu)勢(shì),主要表現(xiàn)在:①傾斜攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多方位、多角度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)拍攝的技術(shù)目的,實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪區(qū)域三維地形信息等的獲取,為三維礦山建設(shè)奠定了基礎(chǔ);②航空影像數(shù)據(jù)分辨率高,傾斜測(cè)量采用多個(gè)五棱鏡頭,實(shí)現(xiàn)了全方位、多角度的航空影像,分辨率更高;③傾斜攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多角度、多方位拍攝目的,有效的避免了高大建筑物、樹(shù)木等遮擋,使得航空影像減少了測(cè)量“空白區(qū)”。
(1)原始數(shù)據(jù)的采集。本文以礦山測(cè)繪中的地形圖測(cè)量工作為例,分析該技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用效果。礦山地形圖測(cè)繪的原始數(shù)據(jù)包括測(cè)繪區(qū)域的影像數(shù)據(jù)、地面相控?cái)?shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)等。測(cè)繪所使用的無(wú)人機(jī)為HO1300無(wú)人機(jī),攝像機(jī)采用南方測(cè)繪生產(chǎn)的數(shù)字航空攝影相機(jī),搭載輔助系統(tǒng)等,其中攝影相機(jī)從垂直以及4個(gè)傾斜角度對(duì)礦山區(qū)域進(jìn)行拍攝。根據(jù)礦山地形地貌以及區(qū)域氣候狀況,拍攝時(shí)間為6月初,本次設(shè)計(jì)飛行高度為300m,航向重疊度為75%,旁向重疊度設(shè)置為65%,設(shè)置地面像控點(diǎn)密度為每平方米布設(shè)像控點(diǎn)3個(gè)。
(2)空中三角加密測(cè)量。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量通過(guò)其他攝影相機(jī)獲得了不同角度和方位的影像數(shù)據(jù),與垂直攝影技術(shù)所獲影像數(shù)據(jù)相比,前者的地物信息更加全面,但是多角度、多方位影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)的計(jì)算帶來(lái)了困難,也意味著傾斜攝影測(cè)量所獲影像數(shù)據(jù)在計(jì)算過(guò)程中不僅需要考慮垂直方向上的計(jì)算,還需進(jìn)行多視角、多方位方向上的計(jì)算問(wèn)題,而傳統(tǒng)的計(jì)算方式無(wú)法同時(shí)滿足上述兩種情況的計(jì)算需求。此時(shí),需要將航拍過(guò)程中自動(dòng)存儲(chǔ)的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行解算,生產(chǎn)出多視角聯(lián)合空中三角加密測(cè)量,對(duì)影像資料進(jìn)行優(yōu)化處理,進(jìn)而為生產(chǎn)礦山地形圖奠定基礎(chǔ)。
(3)匹配生成密集點(diǎn)云。在對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行多視角聯(lián)合空中三角加密測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步生產(chǎn)出測(cè)繪區(qū)域密集點(diǎn)云數(shù)據(jù),對(duì)密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取、合并、優(yōu)化等處理,經(jīng)過(guò)POS數(shù)據(jù)所包含的外方位元素,以特征匹配等方式生產(chǎn)出高密度的DSM數(shù)據(jù)等,為建設(shè)礦山三維地形奠定基礎(chǔ)。
(4)大比例尺地形圖生成。在完成上述數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上,為建設(shè)礦山三維地形圖奠定了基礎(chǔ)。其中,點(diǎn)云數(shù)據(jù)的匹配一般采用單模型點(diǎn)云提取模式進(jìn)行,將礦山測(cè)繪區(qū)域分割成不同規(guī)模的子區(qū)塊,進(jìn)行地形信息的提取等處理。此外,使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)顯著的提高了數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化程度,具有效率高的優(yōu)勢(shì),以數(shù)據(jù)處理軟件平臺(tái)為基礎(chǔ),通過(guò)自動(dòng)化處理生成相應(yīng)比例尺的地形圖,手動(dòng)采集其他地形信息。所獲的地形圖需及時(shí)檢查,對(duì)地形圖中有缺陷或者錯(cuò)誤的區(qū)域進(jìn)行檢核糾正,直至地形圖所表達(dá)信息無(wú)誤為止。
(5)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度分析。本文以某礦山地形測(cè)量為例,選擇了能夠代表所有測(cè)繪區(qū)域的約2km2范圍的地形圖,采用不同區(qū)塊隨機(jī)抽樣的方式抽取了10個(gè)外業(yè)測(cè)量點(diǎn),對(duì)本次地形圖的平面誤差和高程誤差進(jìn)行了精度分析,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可以得出,使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山大比例尺地形圖測(cè)量中,平面X測(cè)量精度為4.01 mm,平面Y測(cè)量精度為3.84 mm,高程Z的測(cè)量精度為3.93 mm,反映出該技術(shù)在礦山測(cè)繪中具有良好的應(yīng)用效果。
表1 研究區(qū)三維實(shí)景建模精度分析統(tǒng)計(jì)表
綜上所述,無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),不僅能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得大比例尺地形圖,而且測(cè)繪精度更高,測(cè)繪成本明顯降低。通過(guò)實(shí)踐表明,無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可獲得平面X測(cè)量精度為4.01 mm,平面Y測(cè)量精度為3.84 mm,高程Z的測(cè)量精度為3.93 mm,反映出該技術(shù)在礦山測(cè)繪中具有良好的應(yīng)用效果。