李 娟(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 甘肅 蘭州 730050)

1 前言

根據(jù)礦山測量結(jié)果繪制的三維模型含有各種空間信息，是構(gòu)建數(shù)字化礦山的基礎(chǔ)，便捷、精準(zhǔn)的構(gòu)建三維模型是現(xiàn)階段礦山測量研究的一個重要方向[1]。王果等[2]采用無人機測量技術(shù)并結(jié)合繪圖軟件自動構(gòu)建了露天礦三維模型；曹希等[3]無人機應(yīng)用到三維礦山模型構(gòu)建中，結(jié)合無人機攝像結(jié)果構(gòu)建了礦山的三維數(shù)字模型。文中在前人研究成果基礎(chǔ)上[4-6]，采用無人機對某金屬礦區(qū)進行航空攝影，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了礦區(qū)三維模型，通過對比不同時期三維模型，可以直觀的掌握礦山開采情況，為開采量、儲量等估算提供直觀數(shù)據(jù)。

2 無人機測量系統(tǒng)概述

無人機測量系統(tǒng)是集導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行平臺以及傾斜攝影系統(tǒng)為一體的攝影平臺，可以獲取多視角影像，為后續(xù)構(gòu)建的三維模型提供大量的紋理信息[7-8]。通過采用定位技術(shù)可以使得無人機測量系統(tǒng)獲取到的圖像含有更精準(zhǔn)的地理信息，從而實現(xiàn)便捷、高精度測量。本次測量中采用的無人機為大疆精靈Phantom 4，滿載荷最大飛行時間為60min，并配備有航空攝影機，具體采用的攝影機參數(shù)見表1。

表1 攝影機參數(shù)

采用無人機攝影技術(shù)可以較為便捷、精準(zhǔn)的構(gòu)建礦山三維模型，具體的工作流程如圖1所示。具體包括有：(1)首先需要根據(jù)測量目的構(gòu)建測量技術(shù)方案。(2)在圈定的測量區(qū)域內(nèi)進行控制測量，當(dāng)?shù)乇頍o特征點時應(yīng)首先做相關(guān)標(biāo)記。(3)無人機航空測量。(4)多視覺影像聯(lián)合平差以及密集匹配。(5)三維地形TIN及無信息白模構(gòu)建。(6)紋理映射構(gòu)建實景三維模型。

圖1 測量工作流程

3 測量應(yīng)用分析

3.1 觀測礦區(qū)概況

采用無人機攝像測量的區(qū)域為某金屬礦山，為了掌握礦山開采情況及儲量變化情況，根據(jù)無人機攝像測量結(jié)果構(gòu)建三維模型，通過比對不同時期的三維模型，從而較為直觀的掌握礦山開采情況。

具體觀測的礦區(qū)范圍為2.5km2，地貌為丘陵，觀測區(qū)海拔+460～650m，高差190m。采用的大疆精靈4P無人機完全可以滿足測量區(qū)域需要。需要構(gòu)建的三維模型比例尺為1∶1 000。測量區(qū)域為丘陵，根據(jù)測量精度需要，在平面位置上的誤差值控制在±0.6m，等高距控制在1.0m，等高線插值點中位差控制在±0.5m。

3.2 像片控制測量

在礦區(qū)進行航空測量時布點形式采用區(qū)域網(wǎng)方式，按照400～50mm間距布置一個像片控制點，在整個礦區(qū)測量中共計布置14個像控制點，其中4個控制點用以空三檢查點，10個控制點測量結(jié)果用以平差計算。像控制點測量方法采用RTK測量法，每個控制點獨立測量兩側(cè)，采用國家標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。經(jīng)過檢查核驗，采用的像控制點高程、平面中誤差分別為34mm、23mm，滿足測量規(guī)范要求。

3.3 傾斜測量

傾斜測量航空測量采用大疆無人機，并配備對應(yīng)的航空攝影系統(tǒng)，采用的背景圖像是谷歌影像，確定測量任務(wù)區(qū)域范圍。根據(jù)測量相對高程、地面分辨率、航線間隔以及基線等測量信息，對航空測量航線進行設(shè)計。本次測量的航線布置見表2。

表2 航線布置參數(shù)

在測量區(qū)域內(nèi)工進行4架次航空測量，獲取到1 105張地表分辨率在8m的傾斜攝像影像。

3.4 三維模型構(gòu)建

圖2所示為依據(jù)航空測量數(shù)據(jù)處理得到的三維模型。首先需要采用大疆無人機獲取到的航空測量相片，隨后將測量相片導(dǎo)入到Smart 3D處理軟件中，通過空三運算將同點名匹配并自動生成，從而形成三維模型。采用I- Data軟件可以直接在三維模型上進行數(shù)劃線等操作，同時可以將不同時期獲取到的三維模型進行疊加比對，從而更為直觀的顯示出礦山開采變化情況。

圖2 三維模型

3.5 測量結(jié)果精度分析

本次測量對礦區(qū)三維地型要素進行采集，并構(gòu)建三維模型。通過實際測量高程與生產(chǎn)的三維模型高程進行比對，從而可以對構(gòu)建的三維模型等高線精度進行統(tǒng)計。

在測量現(xiàn)場獲取的20個標(biāo)高特征點，具體包括有房屋、道路交匯點以及開采點等，測量數(shù)據(jù)處理后得到的測量平面精度為292mm，具體測量平面統(tǒng)計精度見表3，可以滿足在丘陵地區(qū)測量平面中誤差小于600mm精度要求。

表3 測量平面精度

現(xiàn)場實測的高程點40個，處理得到的等高線插求點高程數(shù)據(jù)精度在428mm，具體見表4，可以滿足在丘陵地區(qū)測量高程中誤差小于500mm精度要求。

表4 測量高程精度

4 結(jié)論

采用專用的數(shù)據(jù)處理軟件可以快速的構(gòu)建礦區(qū)三維模型，同時構(gòu)建的模型具有精度高、速度快等優(yōu)點，為礦山開采繪制大比例地形圖提供了新的技術(shù)手段。本次測量采用無人機進行航空測量，根據(jù)獲取到的礦區(qū)8cm高分辨率圖像構(gòu)建三維模型。

采用三維航空攝影測量技術(shù)獲取到的三維模型過程簡單，相對于傳統(tǒng)采用的方式，可以減少人為因素對結(jié)果影響，同時大幅度降低圖像繪制及編輯工作，降低測繪人員勞動強度。采用三維航空測量構(gòu)建的三維模型精度高，可以滿足礦山測量精度需要。