武新麗

（華北地質勘查局第四地質大隊，河北 秦皇島 066000）

在礦山開發(fā)和采集的過程中，為了保障礦山生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，促進礦山經濟的可持續(xù)性發(fā)展，需要對礦山進行治理。在礦山治理過程中，最重要的工作內容就是測量，測量結果的準確性將直接影響礦山治理的成果。但受傳統(tǒng)礦山治理模式的影響，礦山測量技術落后、工作效率低下，對礦山的治理產生不良影響，于是相關部門積極引入無人機傾斜攝影技術，有效地解決了傳統(tǒng)礦山治理中存在的問題。

1 無人機傾斜攝影測量技術概況

1.1 無人機

無人機主要由計算機編程自主系統(tǒng)和無線遙控設備組成，是一種可以搭載多種智能化設備的航空器，在無人機上安裝導航設備和自動駕駛系統(tǒng)便成了空中飛行平臺。目前，市場上的無人機有多種型號，對應的功能也不盡相同，在礦山測量時，需要對無人機的安全性，實際載荷、實際升降能力等提出要求：通常情況下，要求礦山傾斜攝影測量的無人機載重量大于2千克，具有很好的垂直升降能力并且續(xù)航時間大于30分鐘，還需要具有一定的抗風能力以適應礦山的測量環(huán)境。

1.2 傾斜攝像機的性能要求

在進行無人機傾斜攝影測量時，傾斜攝像機需要滿足以下要求：第一，攝像機具有一定的穩(wěn)定性，無人機發(fā)生一般程度的顫動時不會影響正常拍攝；第二，鏡頭的像素不得低于2000萬，曝光像素不得低于1億；第三，有足夠的續(xù)航時間，至少在1個小時以上；第四，具有較高的分辨率，拍攝的圖像清晰。

1.3 無人機傾斜攝影技術的特點

（1）信息更全面。相比于傳統(tǒng)的礦山測量方式，利用無人機傾斜攝影測量技術，不僅能獲得礦山的外貌圖像，還能將礦山的地質條件、地貌特征等以圖像或信息的形式完整地表現出來。同時，無人機傾斜攝影測量技術還能對礦山進行數據分析，幫助工作人員得到礦山的三維模型，便于直觀的查看礦山的具體情況，也方便工作人員明確礦山的開采情況，幫助后續(xù)礦山治理工作更好的進行。

（2）數據更專業(yè)。以往礦山拍攝得到的是礦山的二維數據，并且獲得的數據誤差較大，有的甚至存在數據缺陷、圖片殘缺等情況。應用無人機傾斜攝影測量，可以對獲得的數據進行處理，利用專業(yè)的軟件，將其中無用、多余的數據直接刪除，也可以對殘缺的數據進行彌補，使測量數據更全面、更準確，進一步可得到礦山的三維模型，使得無人機傾斜攝影測量的數據更專業(yè)，工作人員可在此基礎上進行后續(xù)工作，從根本上保障了礦山治理工作的質量。

（3）效率更高。利用傳統(tǒng)方式對礦山進行測量時，需要工作人員對礦山進行測量，工作負擔較大且存在較多的風險因素，也會導致測量用時過多，影響測量效率。利用無人機傾斜攝影測量技術開展測繪工作，能極大地減少外業(yè)工作時間，減輕技術人員的工作負擔，節(jié)約時間、提高效率[1]。通過具體的礦山治理工作可知，使用無人機傾斜攝影測量獲得礦山數據的效率是普通測量方式的三到四倍，且數據準確性和安全性都得到了極大的提升。

（4）為礦山治理工作提供保障。目前，無人機傾斜攝影測量技術可以為技術人員和礦山管理工作人員提供大量的高清影像以及多樣化的數據信息[2]。利用這些信息，礦山管理人員對礦山的具體情況有了更全面的掌握，為礦山的治理工作提供了更好的指導，幫助礦山更好的經營。

2 無人機傾斜攝影測量在礦山治理中的應用流程

2.1 測區(qū)概況

本文選擇某地區(qū)的露天鐵礦為案例。該地區(qū)為山地地形，地勢條件復雜，礦山區(qū)域存在多處陡坡，且整片區(qū)域交通不便，僅有一條公路貫穿。該區(qū)域氣候溫和、四季分明，惡劣天氣出現的情況較少，降雨主要分布在夏季。

2.2 目標確認和空域申請

在無人機傾斜攝影測量工作開始之前，應做好一系列的準備工作，具體包括測量目標的確認、飛行空域申請等[3]。飛行計劃大致可分為以下五點：第一，了解測量區(qū)域的地理位置、地理環(huán)境等信息概況；第二，確定拍攝的比例尺和飛行高度；第三，選擇合適的平地位置供無人機起落；第四，根據測量精度要求選擇像素相符的相機；第五，綜合考慮天氣因素、環(huán)境因素等。此外，無人機傾斜攝影測量工作人員需要向相關部門提交飛行空域申請，在獲得相關部門允許后才能進行無人機測量；若未獲得飛行許可，需要結合實際情況制定低空飛行方案，明確規(guī)定飛行時間、飛行范圍等因素，之后向有關部門遞交申請。

在完成目標確認和航線申請后，需要嚴格按照既定流程進行后續(xù)的無人機傾斜攝影測量工作。此時，工作人員需要按照標準規(guī)定和測量標準對無人機的參數進行設置，保障無人機傾斜攝影測量工作的質量以及提升測量工作的效率。

2.3 航線參數設計

相關的技術參數包含設定路線、設定飛行等多個方面。國家對低空航空攝影有相關規(guī)定：在航空攝影進行之前，無人機的技術參數必須是按照預定的軌跡飛行。在進行航線技術設計時，具體的技術參數有很多，以其中的飛行高度為例，可用以下公式計算：

上述公式中，H表示無人機進行傾斜攝影測量時的飛行高度；f表示物鏡鏡頭的焦距；a表示像元尺寸；GSD表示航空攝影時地面的分辨率。除了飛行高度外，還有一個重要的參數就是測圖的比例尺。測圖比例尺的合理性將直接影響無人機傾斜攝影測量的質量，具體的測圖比例尺與地面分辨率的關系如表1所示：

表1 測圖比例尺與地面分辨率對應關系表

做好無人機傾斜攝影測量的全部數據參數設置后就可以對礦山進行測量，為了達到理想的測量效果，應盡量選擇風和日麗、萬里無云的晴天進行。同時，在獲得無人機拍攝的實時圖像之后，地面工作人員需要及時的對圖像進行處理，對比數據與礦山實際之間的差距，并及時對數據缺陷進行補拍，在數據檢查符合測量要求后，收回無人機，此時測量工作才算正式完成。

2.4 檢查點布設

依據國家低空攝影測量內外業(yè)成圖精度的規(guī)定，像控點布設需要遵循一定的原則。具體的原則包括以下幾點：第一，在地形復雜地區(qū)進行無人機傾斜攝影測量時，必須在地面上設置清晰的點作為無人機傾斜攝影測量的控制點，以此提高測量結果的精確性；第二，控制點應依據無人機的飛行航線進行設置，并且在同一位置的平面點和無人機飛行高度點最好能夠聯測成平高點；第三，為了提高測量的效率，像控點盡量設置在無人機飛行航線交接的區(qū)域，對于航向沒有重疊的部分，必須在航線上分別設置像控點；第四，控制點盡量放置在航線重疊點附近的中線小于3厘米的位置，避免把控制點放置在距離圖像邊緣不到1cm的位置，因為一旦受到外界因素的影響，無人機的穩(wěn)定性就會改變，拍攝誤差就會變大，影響結果的準確性；第五，盡量按照標準進行控制點和像控點的設置，保障無人機傾斜攝影測量的準確性，提高測量精度。

3 無人機傾斜攝影測量在礦山治理中的應用

3.1 礦山影像拍攝

無人機航空拍攝主要由無人機搭載無人攝像系統(tǒng)完成，可以獲取礦山地質環(huán)境條件的準確數據信息，通過選用航拍攝影圖像，對項目規(guī)劃涉及的地形圖進行對比核對。應用無人機傾斜攝影對礦山治理進行拍攝時，有以下幾點優(yōu)勢：首先，應用無人機傾斜測量方法時，無人機從一個垂直角度和四個傾斜角度對礦山進行拍攝，可以將礦山的全貌直觀、立體地展示出來，更能反映礦山治理的真實情況；另外，有利于礦山治理工作人員了解礦山治理的情況，針對性的彌補礦山治理的不足，有效解決了傳統(tǒng)拍攝過于平面化的弊端，為后續(xù)的礦山治理工作奠定了良好的基礎。其次，應用無人機傾斜攝影可以獲得礦山治理的側面信息。利用無人機對礦山進行全方位拍攝，整個礦山的立體圖像被清晰的展示出來，便于后期三維模型的構建；在此基礎上，將拍攝的信息充分展示在三維模型上，可實現對礦山治理細節(jié)的還原，幫助礦山治理工作更有效地進行。最后，通過無人機傾斜測量，在礦山周圍區(qū)域安裝相應的傳感器等設備，有效解決了以往礦山治理需要多次拍攝的弊端，通過一次測量便可以獲得礦山的數據信息，短時間內便可完成測量工作，極大地提高了測量工作的效率；同時，無人機傾斜測量的數據準確性相比傳統(tǒng)拍攝方式有極大的提升，保障了后續(xù)礦山治理工作的有效進行。

3.2 礦山地質測量

將無人機應用在礦山地質測量上是一項新的技術突破。應用無人機對礦山的地質情況進行測量，可全面獲得礦山的基本信息，并以此為依據指導后續(xù)礦山治理工作的進行。在礦山地質測量中無人機傾斜攝影測量的應用包括以下幾個方面：首先，礦山地形圖測量。地形圖測量是進行其他工作的基礎，在礦山地形圖測量中應用無人機傾斜攝影測量顯著的減少了測量任務，降低測量人員外業(yè)安全事故發(fā)生的概率；同時，無人機體積小巧輕便，操作簡單，數據采集時對外在因素影響的要求低，可快速高效的得到礦山的地形圖。其次，便于外業(yè)航拍。傳統(tǒng)礦山測量方式需要工作人員在礦山中進行，很容易出現安全事故，數據準確性不高。若應用無人機進行測量，工作人員只需要在無人機上安裝攝像機和傳感器便可對露天礦山進行測量，及時掌握露天礦山的實際情況，為外業(yè)工作提供了極大的便利，也提升了數據的準確性。最后，便于礦洞勘測。礦山的治理不僅需要礦山的外貌地形信息，還需要對礦山的內部空間信息進行勘測，主要體現在對礦洞的勘測上。為了降低人為勘測礦洞的危險，應用無人機對礦洞進行傾斜測量。由于其體型小巧、操作方便，可很好地完成礦洞勘測工作，幫助工作人員掌握礦洞信息，方便后續(xù)的治理工作。

3.3 像控點測量

所謂像控點指的是攝影測量控制的基點，像控點選擇是否合理將直接影響礦山測量結果的精確度，因此，必須對像控點進行有效測量。通常情況下，無人機傾斜攝影測量采用單基站的方式對像控點進行測量，具體應用時需要注意以下幾點：首先，設置實時數據。在利用無人機傾斜攝影測量對礦山進行測量時，無人機操作者需要設置實時數據，并保障無人機與數據接收平臺的通訊流暢，以此確定流動站的具體位置，實現礦山坐標數據的順利轉換；同時，要控制水平面與無人機高度的收斂精度，完成單基站通訊內容的設置，為后續(xù)測量奠定基礎。其次，保障單基站始終具有良好的觀測條件。為了有效提高像控點測量的準確性，礦山治理工作人員需要保障單基站始終處在良好觀測的狀態(tài)；同時，為了降低測量設備對測量結果的影響，觀測之前工作人員需要對全部的設備進行初始化處理，并依據實際情況對設備參數進行設置，以求得準確的固定解。最后，多次測量取平均值。為了保障像控點測量的準確性，工作人員至少進行3次無人機傾斜攝影測量，若某個測量數據與其他數據相差較大則應舍棄該數據，并對其他數據求平均值，并且每次測量工作開始和結束都需要對已知的像控點進行檢核，將測量誤差和外在因素的影響降低到最小范圍。

3.4 數據處理

應用無人機傾斜攝影進行礦山測量是一項系統(tǒng)性的作業(yè)，需要在對礦山數據進行測量的基礎上，進一步由專業(yè)人員對數據進行處理，為后續(xù)的礦山治理工作提供理論依據。無人機傾斜攝影測量技術的數據處理可簡單的劃分為以下兩方面：一方面，無人機測量。無人機在飛至測量區(qū)域上空時，按照設定的程序對礦山進行測量，獲得礦山的地質信息；同時，需要保持無人機與地面接收系統(tǒng)的通訊，方便無人機快速的將測量結果傳至接收系統(tǒng)。在地面接收系統(tǒng)接收到無人機的圖片信息后，全數字測量工作站需要對無人機傳來的數據進行空中三角測算測量，得到相應的測量結果，并將結果導進全數字測量工作站，將無人機測量的數據進行還原，得到礦山的立體模型和圖像等，方便后續(xù)的數據處理工作。另一方面，規(guī)范的數據處理。在得到礦山的立體模型和圖像后，工作人員需要按照國家相關要求對礦山的地形地貌、地質條件等信息進行收集，傳送符號化的分幅數據；在此基礎上，需要根據礦山治理項目的設計要求、規(guī)范標準等將測量數據和無人機傾斜攝影圖像進行對照，修改其中錯誤部分的同時也需要對數據遺漏的部分進行添加；之后，利用二維設計軟件如CAD對航拍獲得的數據進行初步編輯，將礦山的大致輪廓表示出來，最后將結果進行儲存。

3.5 礦山模型制作

為了使工作人員更加直觀地了解礦山的具體情況，需要在無人機傾斜攝影測量獲得礦山數據的基礎上制作礦山的三維模型，要求盡可能地將礦山實際情況體現在三維模型之中；同時，為了有效保障礦山模型的精度、減少數字線劃地圖三維數據的偏差，需要利用專業(yè)軟件對礦山數據進行處理，刪去其中多余的數據。礦山模型的制作可分為以下三步：第一，在進行數據處理時工作人員獲得了礦山的數據，此時的數據存在一定的缺陷與偏差，需要進一步對數據進行增添和刪減，確保數據的完整性，使數據盡可能符合礦山的實際情況，以此獲得數字線劃地圖準確的三維立體數據，為后續(xù)的礦山模型制作工作提供數據支持。第二，在獲得礦山準確的數字線劃地圖三維立體數據后，工作人員需要以數據為基礎，按照國家標準規(guī)定進行圖形的繪制，將原本的三維立體數據轉化為二維圖形，并對圖片上的內容進行處理，確保繪制圖形的科學性與合理性，并以相應的格式對圖形內容進行處理。最后，在獲取礦山的二維圖形并進行格式處理后，工作人員需要進一步將格式化的二維圖形導入到其他專業(yè)軟件中生成礦山地表信息的三維模型，并加強對三維模型細節(jié)處的處理，盡可能確保三維模型能真實的反應礦山的實際情況，方便工作人員直觀了解礦山地形形態(tài)屬性信息。

3.6 空中三角測量技術

空中三角測量是無人機傾斜攝影測量的重要方法之一，主要通過圖像測試解析的方式對礦山的數據和要點進行確定。傳統(tǒng)的空中三角測量技術需要大量的技術手段支持，成本花費相對較高，并且檢測的方式也極為復雜，測量結果的準確性和工作效率均處在較低的水平。為了解決傳統(tǒng)模式帶來的問題，在礦山治理中使用無人機傾斜測量技術進行空中三角測量。

在利用無人機傾斜拍攝測量技術進行空中三角測量時，首先要考慮無人機的穩(wěn)定性問題。由于無人機體型小巧，重量較輕，而空中的風力較地面更大，很容易影響無人機的穩(wěn)定性，導致測量結果出現較大的誤差。為了解決這個問題，工作人員需要手動調節(jié)無人機空中飛行的誤差，為圖像和實際位置之間的匹配提供保障，將測量數據誤差對礦山治理工作的影響降到最低。

此外，運用無人機傾斜攝影測量技術進行空中三角測量可以實現圖像和數據的自動匹配。利用專業(yè)軟件對無人機拍攝的圖像進行處理，由于軟件具有較高的自動化程度，工作人員只需要輸入相關的信息便可達到理想的處理效果。同時，利用其數據自動匹配功能，有效的對測量區(qū)域的連接點進行了測試，保障測量區(qū)域連接點的均勻性，但在無人機空中三角測量進行時要注意連接點的增加問題，盡可能避免連接點位于測量區(qū)域邊緣處，使連接點盡可能分布在中心位置。

4 結語

綜上所述，在礦山治理工作中，應用無人機傾斜攝影技術保障了礦山治理的效果，使得礦山治理更專業(yè)、效率更高、信息也更全面。在應用無人機傾斜攝影技術進行礦山治理時，需要嚴格按照流程進行測量。具體來說，在礦山治理中，無人機傾斜測量有礦山影像拍攝、礦山地質測量、像控點測量、數據處理、礦山模型制作、空中三角測量技術六項應用，實現礦山治理質量的穩(wěn)步提高。