徐 昌

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊，山東 威海 264200）

自然資源開發(fā)和利用是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要內(nèi)容。我國是自然資源大國，對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用具有悠久的歷史，但隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進(jìn)步，由于礦山過度開采導(dǎo)致的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重。比如，由于早期不規(guī)范開采嚴(yán)重破壞了礦山周圍原始環(huán)境，形成了大量的廢棄石堆、危巖，極易導(dǎo)致發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，威脅人民群眾的生命財產(chǎn)安全；其次，由于開采導(dǎo)致的揚塵污染，水污染、土壤污染以及不同程度的固體污染，嚴(yán)重破壞了礦區(qū)周圍動植物良好生存環(huán)境，并逐步擴大影響區(qū)域。

黨的十八大以來，習(xí)近平總書記提出“綠水青山就是金山銀山”重要思想，為推動生態(tài)文明建設(shè)提供了根本遵循。黨中央、國家各級政府相繼出臺了一系列針對礦山生態(tài)修復(fù)治理的政策法規(guī)，對礦山修復(fù)治理提出了明確要求。因此，采用科學(xué)的技術(shù)方法對已礦山進(jìn)行生態(tài)環(huán)境修復(fù)具有十分重要的研究價值。本文通過對威海市里口山風(fēng)景區(qū)綜合治理工程中無人機測繪及三維建模新技術(shù)的應(yīng)用研究，進(jìn)而為礦山修復(fù)治理工作提供參考依據(jù)。

1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)

無人機傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展要追溯到20世紀(jì)90年代，我國于2010年開始傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用研究，雖稍晚于西方國家，但發(fā)展十分迅速[2]。特別是以大疆創(chuàng)新科技有限公司為代表的中國科技公司在無人機硬件研究上為傾斜攝影技術(shù)的載體系統(tǒng)開發(fā)做出了巨大貢獻(xiàn)。無人機傾斜攝影測量技術(shù)主要是基于無人機成本低、攜帶輕便、精度高、效率高等顯著優(yōu)勢，通過搭載多個視角的相機進(jìn)行多角度信息采集，利用特定軟件對獲取的信息進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，并將處理結(jié)果通過二三維形式展示并構(gòu)建研究目標(biāo)的空間三維模型的過程。隨著無人機硬件與攝影裝備的不斷發(fā)展，基于無人機的傾斜攝影測量技術(shù)的研究日益成熟，越來越多的專家學(xué)者將該技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、礦山調(diào)查、應(yīng)急搶險、城市建設(shè)、林業(yè)管理等多個領(lǐng)域。

2 無人機傾斜攝影測量技術(shù)特點

相較于傳統(tǒng)的測繪技術(shù)手段，無人機傾斜攝影測量技術(shù)在數(shù)據(jù)獲取與成果展示方面具有顯著優(yōu)勢。

（1）高效率。利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)開展測繪工作，能夠極大的減少外業(yè)工作時間，減輕技術(shù)人員工作負(fù)擔(dān)，節(jié)約時間，提高效率。實踐表明，采用無人機攝影測量技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集較傳統(tǒng)作業(yè)方式提高效率在3倍以上，且安全性更高。

（2）更直觀。利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)可以快速構(gòu)建實景三維模型，進(jìn)而更直觀形象的展示研究區(qū)域的真實現(xiàn)狀，方便各類技術(shù)管理人員對模型進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)利用。

（3）更精準(zhǔn)。無人機傾斜攝影測量技術(shù)從數(shù)據(jù)采集到生產(chǎn)模型已基本實現(xiàn)程序化、自動化，極大地降低了人為誤差的影響。且隨著攝影技術(shù)的不斷發(fā)展，所提供的三維成果更全面、細(xì)致的復(fù)制了礦區(qū)真實狀況，便于管理者實時精準(zhǔn)掌握項目推進(jìn)情況。

3 應(yīng)用實例

3.1 項目概況

威海市里口山風(fēng)景區(qū)位于威海市主城區(qū)南側(cè)，憑借其獨特的區(qū)位及資源優(yōu)勢成為省級風(fēng)景名勝區(qū)。上世紀(jì)80-90年代，里口山風(fēng)景區(qū)是威海市的主要建筑石料礦產(chǎn)資源集中開采區(qū)，采礦活動造成的廢棄礦山嚴(yán)重破壞了區(qū)內(nèi)原有的生態(tài)環(huán)境平衡，也極易發(fā)生崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，對當(dāng)?shù)鼐用駱?gòu)成了危險。為了改善恢復(fù)里口山周邊生態(tài)環(huán)境，威海市開展了里口山風(fēng)景區(qū)廢棄礦山綜合治理工作。

3.2 技術(shù)路線

本項目對治理區(qū)內(nèi)礦山采取無人機低空數(shù)字航空攝影測量，通過生成1:500比例尺的TDOM（真數(shù)字正射影像圖）進(jìn)行信息采集工作，并對廢棄礦山構(gòu)建數(shù)字表面模型，生成數(shù)字線劃地形圖。無人機低空數(shù)字航空攝影測量采用先進(jìn)的GPS、RS技術(shù)，利用GPS技術(shù)進(jìn)行像控測量，通過低空數(shù)碼傾斜攝影立體測量技術(shù)，進(jìn)行真彩色數(shù)字影像采集，獲取測區(qū)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。利用全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站，制作1:500比例尺的TDOM（真數(shù)字正射影像圖）、DSM（數(shù)字表面模型）。低空數(shù)字航空攝影測量的技術(shù)流程見圖1。

圖1 低空數(shù)字航空攝影測量技術(shù)流程圖

3.3 航攝及數(shù)據(jù)處理

3.3.1 航攝設(shè)計

為了確保影像成果覆蓋工程范圍，避免出現(xiàn)影像缺失或因照片不足而變形的情況，規(guī)劃航線前，首先在DJI GS Pro中輸入航攝區(qū)域，了解航測地貌，進(jìn)行合理的飛行架次劃分，優(yōu)化航拍方案，確定傾斜航測的飛行參數(shù)，包括飛行速度、高度、旁向間距、航向間距等。按照項目實際需求，本次航攝獲取的影像用于制作成圖比例尺為1：500比例尺的數(shù)字產(chǎn)品（DSM、TDOM、DLG），航空影像的地面分辨率（GSD）為0.03米，采用GPS精密單點定位，IMU和GPS數(shù)據(jù)聯(lián)合解算的平面位置偏差小于0.08米，高程位置偏差小于0.3米，速度偏差小于0.4米/秒。像片重疊度滿足航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，像片傾角小于5°，像片旋角小于15°。同一航線上相鄰像片的航高差應(yīng)小于30米，最大和最小航高之差小于50米，實際與設(shè)計航高之差小于50米。

3.3.2 航攝外業(yè)

（1）像控點布設(shè)與測量。為提高刺點精度，保證成圖精度，在航攝前采用刷油漆的方式提前布置像控點標(biāo)志。標(biāo)志刷成“L”型。像控點測量按《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》、《工程測量規(guī)范》等，按圖根測量的精度執(zhí)行，利用SDCORS聯(lián)網(wǎng)觀測。像控點測量時，對觀測處進(jìn)行至少五次拍照，分別為1張近照、4張遠(yuǎn)照。近照應(yīng)清楚反應(yīng)測量桿尖落地處。遠(yuǎn)照反映刺點處與其周邊相對位置關(guān)系。情況復(fù)雜可多拍攝遠(yuǎn)幾張照片。像控點外業(yè)觀測以及拍照完成后，準(zhǔn)確做好記錄，并對像控點編號和照片編號進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

（2）航攝實施。地面站設(shè)置及無人機組裝完成后，風(fēng)力小于4級時，按計劃開始航測作業(yè)。無人機依據(jù)指定的航線及參數(shù)設(shè)置，自動完成航拍任務(wù)，操作人員觀察無人機位置及地面站實時飛行參數(shù)即可。每次飛行結(jié)束，按《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z 3005-2010）附錄B的要求認(rèn)真填寫飛行記錄。

（3）影像質(zhì)量檢查。航攝飛行結(jié)束需對航攝獲得的影像進(jìn)行質(zhì)量檢查。確保影像清晰，層次豐富，反差適中，色調(diào)柔和，能辨認(rèn)出與地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像，能夠建立清晰的立體模型。影像上沒有云、陰影、煙、大面積反光、污點等缺陷，影像在曝光瞬間造成的像點位移小于一個像素，最大小于1.5個像素。拼接影像無明顯模糊、重影和錯位現(xiàn)象。

3.3.3 航測數(shù)據(jù)后處理

采用ContextCapture完成本次航測的后期GIS數(shù)據(jù)處理。軟件建模對象為靜態(tài)物體，輔以相機傳感器屬性、照片位置姿態(tài)參數(shù)、控制點等信息，在進(jìn)行空中三角測量計算、模型重建計算后，輸出相應(yīng)GIS成果。

3.3.4 DSM、TDOM制作

本次數(shù)字產(chǎn)品制作（DSM、TDOM、DLG制作）主要包括DSM和TDOM的創(chuàng)建與鑲嵌等。

數(shù)字表面模型（DSM）建立主要內(nèi)容涉及定向建模、采集特征點線、構(gòu)建TIN、內(nèi)插DSM、DSM編輯、接邊、鑲嵌、裁切、質(zhì)量檢查等技術(shù)環(huán)節(jié)。數(shù)字正射影像圖（TDOM）的建立主要內(nèi)容涉及影像糾正、色彩調(diào)整、影像鑲嵌、裁切、質(zhì)量檢查等技術(shù)環(huán)節(jié)。

4 結(jié)束語

通過無人機傾斜攝影測量技術(shù)在里口山風(fēng)景區(qū)礦山綜合治理工程中實際應(yīng)有，進(jìn)一步證實了利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)可以快速安全獲取了治理礦山的地形信息，并精準(zhǔn)構(gòu)建礦山的三維實景模型，更好的服務(wù)于礦山生態(tài)修復(fù)治理的勘查設(shè)計、施工管理、災(zāi)害監(jiān)測等多個方面?；陧椖繉嶋H需求，建議在部分視野較差獲飛行困難區(qū)域，可配合使用三維激光掃描技術(shù)，實現(xiàn)影像遙感數(shù)據(jù)、三維點云數(shù)據(jù)、激光掃描數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)融合，進(jìn)一步提高生態(tài)修復(fù)工程的準(zhǔn)確性。