王金玲，王愛鋒

（楊凌繪秦測繪有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712100）

近幾年，無人機技術(shù)受到各行各業(yè)的關(guān)注，無人機傾斜攝影測量技術(shù)逐漸發(fā)展起來，與傳統(tǒng)垂直攝影測量方法相比，傾斜攝影測量多了4個傾斜拍攝角度，在實際應(yīng)用中能夠獲得更加豐富的側(cè)面紋理信息用于實景建模，突破了傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)的局限性[1]。

礦山開發(fā)是促進社會經(jīng)濟發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，隨著礦產(chǎn)資源的利用程度越來越高，礦山環(huán)境普遍受到嚴重破壞，礦山土壤質(zhì)量變低，水土流失情況比較嚴重[2]。為了改善環(huán)境，保證地區(qū)的安全，對礦山地質(zhì)的勘察十分必要，摸清礦山地質(zhì)的特征，能夠及時避免在地質(zhì)勘察中可能發(fā)生的危險，為后續(xù)的礦山開發(fā)提供前提和保障。近幾年，越來越多的礦山地質(zhì)勘察使用了無人機技術(shù)，利用無人機技術(shù)節(jié)省了大量的人力和財力，開展此項目可以大大提高礦山地質(zhì)的勘察效率，保證礦山資源安全開發(fā)。但是，目前無人機傾斜攝影測量技術(shù)使用的設(shè)備大多是工業(yè)級無人機飛行器，設(shè)備價格昂貴，受損成本太大，同時受到測區(qū)環(huán)境的影響，在小范圍的區(qū)域或干擾較大的復(fù)雜環(huán)境下，應(yīng)用度不是很高。因此，提出Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術(shù)在礦山地質(zhì)勘察中的應(yīng)用，這種消費級無人機成本低廉，具有較強的抗干擾性能，能夠盡可能地解決上述中存在的問題。

1 Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術(shù)在礦山地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

1.1 優(yōu)化航攝方案

礦山地區(qū)具有一定的危險性，在航飛之前，需要制定科學(xué)合理的航攝方案。

在使用Phantom 4 Pro無人機執(zhí)行航攝任務(wù)之前，確定無人機的飛行參數(shù)，在飛行參數(shù)的確定的情況下，選擇飛行方式和攝影方式，同時對工作量進行預(yù)測，其中最重要的是航線設(shè)計，理論上，航攝過程中需要采用平行航線折返拍攝，但實際上，航攝的設(shè)計需要根據(jù)實際需求，結(jié)合測區(qū)地形的變化和地物的復(fù)雜程度而變化，因此在設(shè)計航線前，對測區(qū)進行分區(qū)處理。

當(dāng)整體待測區(qū)域的分布特征呈現(xiàn)出不規(guī)則，并且測區(qū)范圍比較小時，采用外接矩形方式，將待測區(qū)域包含在矩形內(nèi)。

當(dāng)測區(qū)面積比較大時，為了便于攝影，將測區(qū)分為多個小分區(qū)，敷設(shè)航線在每個分區(qū)外接矩形上。對于小分區(qū)的范圍，則以單次航線無人機電池電量的支持范圍為主。

在以上設(shè)置的同時，對于航攝分區(qū)的規(guī)定，在分區(qū)時需要注意分區(qū)界線的位置是否一致。對于傾斜攝影測量，具體的拍攝方式需要根據(jù)待測區(qū)域的地物特征來選擇，在礦區(qū)內(nèi)，比較常見的地物有三種，分別是點狀、線狀和面狀地物。對于點狀地物，主要采集其周圍的立面信息，采取單鏡頭垂直對地物面環(huán)繞飛行拍攝，采集立面信息，飛行過程中控制物距調(diào)整飛行半徑時，主要以地物中軸線為中心，從地物底部環(huán)繞到頂部完成攝影；對于線狀地物，采用三鏡頭折線飛行方式，分別從左、右和垂直三個鏡頭分別獲取待測區(qū)域地物的影像信息，包括垂直影像信息和傾斜影像信息；對于面狀地物，不需要采集其立面信息，主要采集其頂面影像即可，攝像方式直接采用豎直攝影，保證航向重疊和旁向重疊即可。

按照以上對待測礦區(qū)的航攝方案的設(shè)計，獲取礦區(qū)整體的遙感數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行后期處理，使其符合后續(xù)礦山地質(zhì)勘察中對遙感數(shù)據(jù)的實際需求。

1.2 獲取無人機遙感數(shù)據(jù)及后期處理

基于上述中經(jīng)過優(yōu)化的航攝方案，針對礦山地質(zhì)勘察的實際需求，根據(jù)用戶提供的成圖要求，制定具體的飛行任務(wù)技術(shù)方案，在進入航飛之前，申請空域飛行許可，收集當(dāng)?shù)刈匀坏乩項l件與氣候條件，制定飛行路線，對攝影參數(shù)進行準確的計算和設(shè)定。

根據(jù)航攝方案中對礦山區(qū)域的測量需求，設(shè)計Phantom 4 Pro無人機飛行航線，通過地面站軟件設(shè)計航線以及無人機的飛行參數(shù)。

在航線設(shè)計中遵守航攝方案中對航線的要求，考慮影響航線設(shè)計的各種因素，如地形地物、環(huán)境天氣、分辨率和重疊度等。在這些因素中，航線設(shè)計主要考慮的因素是分辨率、相幅大小和重疊率。如圖1所示。

圖1 航線設(shè)計參數(shù)圖

正常情況下，對于重疊度的設(shè)計主要考慮地形起伏對實際重疊度的影響，具體影響如公式1所示。

公式中qx和qy分別表示具體的航線重疊度和旁向重疊度值，q'x和q'y分別表示理論值，?d表示整個測區(qū)地形的基準面高差之間差異，D表示Phantom 4 Pro無人機飛行的相對高度。在完成航線的設(shè)計后，布設(shè)量測所需的像控點，按照航帶網(wǎng)對野外的各個控制點進行考慮之后布設(shè)，每段航帶網(wǎng)兩端對點間隔的基線數(shù)通過公式2計算：

公式中Hs表示加密點的平面中誤差，mm；oq表示視差測量中的單位權(quán)重誤差，mm；x表示像片放大成圖倍數(shù)；v表示相鄰控制點之間的基線數(shù)；Hi表示加密點的高程中誤差，mm；b表示像片基線長度，mm；在完成像控點布設(shè)后，調(diào)試航拍相機，檢查相機內(nèi)的存儲空間，調(diào)整各項攝像參數(shù)，將無人機放飛，采集礦山地質(zhì)遙感圖像，獲取遙感數(shù)據(jù)。

一般情況下，采用無人機傾斜攝影測量技術(shù)采集的效果比較好的圖像比較困難，成像條件比較復(fù)雜，由于室外環(huán)境的干擾，獲取的圖像姿態(tài)極不穩(wěn)定，需要對獲取的圖像數(shù)據(jù)進行后期處理，經(jīng)過優(yōu)化照片、構(gòu)建點云等操作后獲得校正后的正射影像。在后期處理中，主要使用Acute3D軟件對無人機數(shù)據(jù)進行后期校正處理，得到高精度的正射影像及點云數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)重構(gòu)出礦山地質(zhì)模型，便于后續(xù)礦山的開發(fā)與地質(zhì)的進一步勘察。

2 實驗研究

在實驗研究中選擇的測區(qū)為某市的開放性礦區(qū)，在相同的測試環(huán)境下，分別應(yīng)用不同類型的無人機，采用無人機傾斜攝影測量技術(shù)獲取礦區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)的精度為衡量標準，對比不同無人機在礦區(qū)地質(zhì)勘察中的應(yīng)用情況。

在實驗礦區(qū)部署多個檢查點，應(yīng)用不同的無人機獲得的檢查點精度如表1所示。

表1 實驗礦區(qū)檢查點精度統(tǒng)計表

表中的?XY表示的是點位中誤差，在應(yīng)用傳統(tǒng)無人機的測量結(jié)果中，檢查點的最大點位誤差為1.651，檢查點的最小點位差為1.247，根據(jù)實際測量規(guī)范中的要求可知，點位中誤差的限差為0.5，以上結(jié)果均超過了標準范圍；應(yīng)用Phantom 4 Pro無人機的測量結(jié)果中顯示，檢查點的最大點位誤差為0.076，檢查點的最小點位差為0.041，與實際測量規(guī)范中的要求相比，均滿足限差0.5以下的要求。綜上所述，將Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用在礦山地質(zhì)勘察中，其精度水平更能滿足測量需求。

3 結(jié)束語

在無人機傾斜攝影測量技術(shù)迅速發(fā)展的今天，該技術(shù)已經(jīng)擁有了傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)所沒有的優(yōu)點，在無人機測量技術(shù)日漸成熟的今天，擴展其應(yīng)用范圍，是一個必要的發(fā)展方向，也是該技術(shù)逐漸成熟的標志。利用Phantom 4 Pro無人機，采集礦山地質(zhì)遙感圖像，為后續(xù)礦山地質(zhì)勘察和礦山資源的開發(fā)提供幫助。但是研究過程中，未綜合考慮自然因素對影像勻色、勻光處理等問題，對于這些問題，仍值得深入研究。