張玉剛，呂忠良，毛洪輝，任曉軒，晏繼君

中國(guó)整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展促使中國(guó)各產(chǎn)業(yè)發(fā)展得很快。近年來(lái)由于技術(shù)的進(jìn)步，尤其是電子計(jì)算器的快速發(fā)展，使得大型民用無(wú)人機(jī)空中航拍控制系統(tǒng)在中國(guó)的方方面面都得以應(yīng)用，而且無(wú)人機(jī)航拍控制系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果表現(xiàn)出了很多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)加快無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)的進(jìn)展，可以將它迅速的運(yùn)用于地質(zhì)、礦區(qū)災(zāi)害處理等應(yīng)用領(lǐng)域。

1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量的特點(diǎn)

1.1 操作簡(jiǎn)單、成本也相對(duì)低廉

相比于一些傳統(tǒng)航空檢測(cè)儀器，在無(wú)人機(jī)攝影檢測(cè)中投入的成本也相對(duì)低，而且人為操作較為簡(jiǎn)單，也不需要經(jīng)過(guò)過(guò)量的訓(xùn)練就可以完成操作。

1.2 圖像清晰度

在攝影檢測(cè)項(xiàng)目中，無(wú)人駕駛飛行器占有了重要的優(yōu)勢(shì)，它可以獲取較高清晰度的圖像，相對(duì)于傳統(tǒng)的遙感檢測(cè)方法，它不受云層的束縛。由于無(wú)人機(jī)能夠隨意的在云彩下飛翔，所以獲取的圖片并不會(huì)因?yàn)楸辉撇蕮踝《绊懙角逦?，同時(shí)，由于無(wú)人機(jī)還能夠從不同視角進(jìn)行拍攝，從而有效的提高了數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)遙感檢測(cè)科技的不足。

1.3 精度高

由于無(wú)人機(jī)在行駛過(guò)程中能夠全方位轉(zhuǎn)換，而且飛行高度都在一公里之內(nèi)，自身所配備的攝像機(jī)都是高清的，其攝像的精確度也可以做到亞米級(jí)水平，所以，通過(guò)無(wú)人駕駛的飛行器來(lái)完成測(cè)量工作，可以在一定程度上提高工作的水平。在我國(guó)的當(dāng)前礦山勘探作業(yè)中，無(wú)人機(jī)除了滿足其高精度需求，也可以被應(yīng)用到中低空攝影測(cè)量領(lǐng)域，同時(shí)適應(yīng)高精確度測(cè)量需求。

1.4 安全與靈活

總的來(lái)說(shuō)，由于無(wú)人機(jī)本身重量比較輕，所以人工操縱也相對(duì)簡(jiǎn)單，在穩(wěn)定性和靈敏度等方面都要優(yōu)于常規(guī)測(cè)繪技術(shù)，同時(shí)在真實(shí)的無(wú)人機(jī)操控過(guò)程中，由于外部的自然條件因素對(duì)無(wú)人機(jī)干擾甚少，所以即使出現(xiàn)了不良的氣象，也不會(huì)干擾到無(wú)人機(jī)正常的行駛。在實(shí)際試飛過(guò)程中，也不會(huì)無(wú)人機(jī)發(fā)生了故障，也不會(huì)危害到操作人員的安全，這也就解決了生命安全這一關(guān)鍵性問(wèn)題，同時(shí)增強(qiáng)了礦山勘查工作的穩(wěn)定性。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量概述

2.1 傾斜攝影技術(shù)

近年來(lái)，傾斜攝影是在我國(guó)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域蓬勃發(fā)展出來(lái)的攝影測(cè)量技術(shù)手段，利用技術(shù)手段在垂直和水平四種視角傾斜五個(gè)不同的方向同步采集圖像的視角，可以在建筑的頂部和高分辨率的紋理等方面更加豐富。它不但能精確地表現(xiàn)地面物體的運(yùn)動(dòng)狀況，同時(shí)還能更精確地得到地面物體的紋理信息。它還能夠利用先進(jìn)的定位、融合、建模，以及其他技術(shù)手段來(lái)制作逼真的3D 建模。

2.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)組成

2.2.1 自駕及慣導(dǎo)系統(tǒng)

航飛自駕及慣導(dǎo)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱飛控。主體包含，陀螺儀，加速度計(jì)、地磁感應(yīng)、GPS 模塊和控制電路，主要用途是自動(dòng)感應(yīng)無(wú)人機(jī)設(shè)備的飛行姿態(tài)，并監(jiān)控飛機(jī)路徑。

2.2.2 傾針攝影相機(jī)

傾斜攝影鏡頭通常是由一個(gè)垂直或者四個(gè)傾斜五個(gè)左右的全視角高像素面陣數(shù)碼相機(jī)頭構(gòu)成，在特定角度下放置于云臺(tái)上。斜置相機(jī)包含一個(gè)更小的相機(jī)、一個(gè)前視相機(jī)、一個(gè)后視攝像頭、一個(gè)左鏡頭和一個(gè)右鏡頭，相機(jī)是垂直的，前裝相機(jī)、后置鏡頭、左相機(jī)和右鏡頭也是傾斜的。用來(lái)拍攝地的側(cè)面紋理影像，傾斜范圍在15°～45°之間。

2.2.3 云臺(tái)

云臺(tái)是安置、穩(wěn)定照相機(jī)的基礎(chǔ)裝置，能夠降低航拍過(guò)程中的無(wú)人機(jī)飛行姿勢(shì)對(duì)照相機(jī)拍攝角度影響。

2.2.4 地面控制系統(tǒng)

地面系統(tǒng)，一般分為計(jì)算機(jī)、信息傳送控制系統(tǒng)和地面自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2.2.5 其他設(shè)備

包括發(fā)射架，車輛，降落系統(tǒng)等。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的測(cè)繪方式

無(wú)人機(jī)傾斜式拍攝技術(shù)具有國(guó)際領(lǐng)先水平，可以提將數(shù)據(jù)信息的表現(xiàn)得更為直接和精準(zhǔn)，在測(cè)繪礦山的地貌時(shí)候能夠同時(shí)從多種視角加以觀測(cè)，將礦山的地質(zhì)狀況更為逼真地表現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)也可以大幅節(jié)約人力物力以及財(cái)力，使地質(zhì)的地形特征更為全面，更為完善地表現(xiàn)出來(lái)。對(duì)地形的測(cè)量傳統(tǒng)方法在正射影像當(dāng)中所出現(xiàn)的缺陷通過(guò)無(wú)人機(jī)設(shè)備可以加以克服，從而代替了原來(lái)傳統(tǒng)單一方式的測(cè)量方法。通過(guò)無(wú)人機(jī)設(shè)備還可以對(duì)礦井的高程距離及各類相關(guān)信息在影像當(dāng)中進(jìn)行檢測(cè)，把傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)設(shè)備的拍攝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮出來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)更大面積的高空攝影，從而可以把礦井地質(zhì)紋理用立體模擬的方法表現(xiàn)出來(lái)，從而得出高度相關(guān)的數(shù)據(jù)。

3.1 前期考察調(diào)研

在無(wú)人機(jī)航拍進(jìn)行前，首先要對(duì)礦山攝影的區(qū)域加以判斷，對(duì)拍攝畫面的清晰度加以判斷和調(diào)節(jié)，為防止發(fā)生意外的情形，適當(dāng)對(duì)攝影區(qū)域增加一些噪點(diǎn)。

3.2 拍攝航線的確定

將前期調(diào)查中所獲得的所有資料和數(shù)據(jù)，都加以綜合的整理并對(duì)之加以分析，并將這些調(diào)查所得的所有資料都以大數(shù)據(jù)的方式展示出來(lái)，同時(shí)配合無(wú)人機(jī)的控制軟件，可以調(diào)節(jié)的分辨率，以及把航拍的高度、畫面的所有數(shù)據(jù)都添加到其中，把航拍的道路規(guī)劃好。

3.3 內(nèi)外業(yè)的航拍與處理階段

在飛機(jī)的平臺(tái)上搭載了斜面視角和垂直于視角的感應(yīng)器，同時(shí)在采用無(wú)人機(jī)傾斜技術(shù)拍照的同時(shí)要把礦山的相關(guān)的所有數(shù)據(jù)都完成相應(yīng)的錄入，并統(tǒng)一完成數(shù)據(jù)分析和匯總。比如航拍的方位、鏡頭的視角，以及畫面大小等信息。當(dāng)對(duì)礦井地質(zhì)的無(wú)人駕駛飛機(jī)傾斜攝影攝像技術(shù)都完成以后，要由專門的人員利用一些軟件對(duì)攝影信息來(lái)完成數(shù)據(jù)處理和解析，最后可以獲取一個(gè)三維立體的模型。而無(wú)人駕駛直升機(jī)的傾斜攝像技術(shù)，不僅能夠直接把取景地的現(xiàn)場(chǎng)狀況信息帶給技術(shù)人員，還可以顯示出礦井的實(shí)際地理位置，從而顯示更多的相關(guān)數(shù)據(jù)，以便得到更加完善的礦井地質(zhì)。

3.4 對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)

對(duì)礦山地形的測(cè)定結(jié)果的確定，取決于檢查點(diǎn)的結(jié)果是否精確。所以，對(duì)采礦地質(zhì)項(xiàng)目的所有檢測(cè)結(jié)果，都必須采用檢查點(diǎn)法來(lái)進(jìn)行仔細(xì)的檢驗(yàn)，以檢查項(xiàng)目的合格程度和完整程度，而對(duì)于采礦地質(zhì)的攝影畫面當(dāng)中有無(wú)明顯的拼接痕跡都要進(jìn)行仔細(xì)的檢驗(yàn)，以保證所拍攝資料的準(zhǔn)確性。

4 無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)在采礦地質(zhì)中的運(yùn)用

4.1 航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

采礦測(cè)量圖是在采礦的開采過(guò)程之前規(guī)劃測(cè)量和繪制，將地表現(xiàn)有的地表特點(diǎn)和界線利用測(cè)量手段，得到表現(xiàn)在地面現(xiàn)狀上的圖像和位置信號(hào)，供礦山工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)使用，主要運(yùn)用了無(wú)人機(jī)攝影畫面清晰的特點(diǎn)。在確定開采有色金屬礦工程后首先確定開采區(qū)域，以確定的采礦區(qū)域的地圖圖像為航空勘測(cè)的依據(jù)，設(shè)置坐標(biāo)方位和飛行軌道。接著，從所有計(jì)算機(jī)中選擇橫縱雙向的交叉布線方法。檢查預(yù)設(shè)的自動(dòng)航測(cè)控制參數(shù)和飛行狀況，并檢測(cè)無(wú)人駕駛飛行器的蓄電池容量狀況能否適應(yīng)整個(gè)飛行測(cè)試的流程，以保證各項(xiàng)管理工作順利完成。內(nèi)部布點(diǎn)的情況為地面監(jiān)控外業(yè)技術(shù)人員在野外刺點(diǎn)，測(cè)繪圖是按照《1：500，1：1000，1：2000 區(qū)域地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)技術(shù)規(guī)范》中所規(guī)定的地區(qū)網(wǎng)點(diǎn)圖執(zhí)行的，在繪制過(guò)程中依據(jù)礦山地區(qū)中的地形地貌，標(biāo)示出了地面區(qū)域死角。設(shè)定好無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)后就可以完成航拍功能，將無(wú)人機(jī)在行駛時(shí)獲取的圖片與數(shù)據(jù)分別上傳到了電腦中，由系統(tǒng)完成了數(shù)據(jù)處理，將圖片進(jìn)行等比還原后制造出了目標(biāo)區(qū)域礦產(chǎn)的測(cè)繪地圖，并說(shuō)明區(qū)域內(nèi)的礦區(qū)所在具體位置、危險(xiǎn)地帶內(nèi)的情況，以及地標(biāo)間的相對(duì)位置等。用航測(cè)技術(shù)的高精確性結(jié)合數(shù)字化處理圖形的智能化，在提高測(cè)繪圖形準(zhǔn)確率的基礎(chǔ)上減少了圖形繪制的困難。

4.2 空中三角加密測(cè)量

在獲得礦山記錄的攝影數(shù)據(jù)信息時(shí)，必須做好攝影資料的預(yù)處理，如攝影數(shù)據(jù)信息的畸變校正、轉(zhuǎn)換、增光勻光等處理。經(jīng)過(guò)了上述運(yùn)算之后完成了高空三角加密測(cè)量，這主要是基于無(wú)人機(jī)設(shè)備的傾角拍攝測(cè)量技術(shù)，雖然有效的改變了傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)拍攝設(shè)備垂直拍攝技術(shù)只可以獲得垂直方位圖像資料的不足，從而達(dá)到了多角度、全方位地拍攝監(jiān)測(cè)區(qū)圖像數(shù)據(jù)的目的，同時(shí)得到的圖像數(shù)據(jù)資料也比較完整，從而減少了測(cè)量區(qū)測(cè)繪盲點(diǎn)的幾率，但由于無(wú)人機(jī)拍攝設(shè)備傾角拍攝技術(shù)不可避免的受到周圍高大林木、建筑結(jié)構(gòu)等因素干擾而會(huì)產(chǎn)生拍攝盲點(diǎn)，所以此時(shí)就必須通過(guò)高空三角加密測(cè)量，才可以通過(guò)在航拍流程中手動(dòng)保存的POS 數(shù)據(jù)信息加以解算，從而制造出準(zhǔn)確率較高的礦區(qū)成果資料。

外部的環(huán)境因素對(duì)地面測(cè)量過(guò)程產(chǎn)生的影響也是不可避免的，比如植被影響，正是這種外部影響造成了無(wú)人駕駛飛行器在實(shí)際的傾斜拍攝過(guò)程中往往達(dá)不到對(duì)地面控制區(qū)域測(cè)量的實(shí)際條件，甚至是存在著測(cè)量區(qū)域盲區(qū)問(wèn)題等，最后仍然達(dá)不到地面測(cè)量期望的結(jié)果。在這種時(shí)刻空間三角加密與校準(zhǔn)的主要工作的特性就凸現(xiàn)起來(lái)了，通過(guò)采用空間三角加密數(shù)據(jù)處理與校準(zhǔn)就能夠很高效的克服地面測(cè)量準(zhǔn)確度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。而空間三角形加密處理的主要優(yōu)點(diǎn)就是可以建立在精確估計(jì)出地面影像外的方位元素上，然后再利用一些軟件的相互配合把影響因素全部去除掉，這么做不但能夠很高效的改善地面測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)也可以很有效率的提高地質(zhì)條件較差的地區(qū)航測(cè)結(jié)果。在實(shí)現(xiàn)地空中三角形加密處理工作的基礎(chǔ)上，還能夠根據(jù)礦山測(cè)量中的輸出要求將DOM、DEM、DSM 等模塊輸出。

4.3 傾斜影像獲取及預(yù)處理

在開展實(shí)施無(wú)人機(jī)航拍任務(wù)前必須做好航線的設(shè)計(jì)，在掌握測(cè)量區(qū)域基本狀況的基礎(chǔ)上，充分考慮無(wú)人駕駛飛行器的性能參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)脑囷w日期和飛越時(shí)間，進(jìn)而才能開展外業(yè)的傾斜攝影工作。在航空攝影過(guò)程中可獲得多角度拍照影像資料，在相關(guān)的攝像控制器和加密點(diǎn)范圍內(nèi)自動(dòng)獲取，并得到相關(guān)的傾斜影像資源。在對(duì)已測(cè)量區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息收集完畢后通過(guò)對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)的預(yù)處理，將獲取的傾斜影像，將其反投影至新創(chuàng)建的虛擬映像中，目的是為降低突出于地面豎直物體上的重影現(xiàn)象。

4.4 數(shù)據(jù)采集

三維空間資料模式的建設(shè)，是指通過(guò)對(duì)多視點(diǎn)傾角影像采用幾何校準(zhǔn)、聯(lián)合平差、多視對(duì)應(yīng)等各種運(yùn)算，最后得到可視化的三維空間傾斜模式的流程。在三維空間資料模式建設(shè)完成后，就能夠通過(guò)信息處理軟件得到測(cè)量范圍內(nèi)的地物、地貌等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理的收集工作，一般包括以下三方面的內(nèi)容：①地物要素的收集工作，一般由監(jiān)測(cè)任務(wù)人員自動(dòng)完成，如通過(guò)捕捉影片中的像控點(diǎn)、構(gòu)筑物等，有助于提升監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度；②地貌要素三維信息的自動(dòng)獲取，基本上涵蓋了對(duì)監(jiān)測(cè)地區(qū)等高線、高程注記點(diǎn)等的收集工作，雖然能夠通過(guò)現(xiàn)代化的信息處理軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，但必須通過(guò)后期監(jiān)測(cè)人員的人工整飾和取舍，才能夠投入實(shí)際使用；③地物等自然要素遮蔽問(wèn)題的解決上，對(duì)相片資料中的遮蔽地區(qū)予以補(bǔ)充檢測(cè)，將有助于提升最終的檢測(cè)準(zhǔn)確度。在獲取飛機(jī)圖像數(shù)據(jù)信息的技術(shù)基礎(chǔ)上，先通過(guò)圖像數(shù)據(jù)信息預(yù)處理并對(duì)其執(zhí)行空間三角加密數(shù)據(jù)處理，完成后執(zhí)行校正、平差、鑲嵌等數(shù)據(jù)處理，再通過(guò)MapMatrix 全數(shù)碼攝影測(cè)量技術(shù)收集地形數(shù)據(jù)信息，并自動(dòng)生成出1：2000 地形曲線，對(duì)得到的產(chǎn)品執(zhí)行測(cè)試，如出現(xiàn)了問(wèn)題，則需要再執(zhí)行對(duì)檢查數(shù)據(jù)的修正，直到位置圖確定無(wú)誤為止。

4.5 匹配生成密集點(diǎn)云

在對(duì)影像數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)多視點(diǎn)聯(lián)合空間三角加密測(cè)量的技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)而生成出測(cè)繪區(qū)內(nèi)密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析，對(duì)密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)抽取、整合、優(yōu)化等處理過(guò)程，并通過(guò)POS 數(shù)據(jù)處理中所涉及的外位置元素，以及特征信息匹配等方法生成出高密度的DSM 數(shù)據(jù)分析等，從而為建立礦山三維空間地理環(huán)境提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

4.6 數(shù)據(jù)處理以及成像

（1）解析了空間三角測(cè)量后，在實(shí)際工作中，有關(guān)人員就可以直接通過(guò)全數(shù)碼攝影測(cè)量工作站，然后再通過(guò)其他的各種過(guò)程，具體如像控點(diǎn)測(cè)量、像點(diǎn)連接等過(guò)程，對(duì)DOM 的合成和空間三角測(cè)量的自動(dòng)化進(jìn)行。至于相機(jī)數(shù)據(jù)和控制點(diǎn)部分，則需要加以測(cè)試，當(dāng)確定其沒有什么錯(cuò)誤以后，再進(jìn)行像控點(diǎn)檢測(cè)。

（2）對(duì)于外業(yè)調(diào)繪法，在具體的流程上，首先需要對(duì)全野外調(diào)繪法做出分析，然后再利用航空影像技術(shù)，對(duì)DEM 數(shù)據(jù)做出整合。

（3）對(duì)于地形圖數(shù)據(jù)的收集和管理，也要通過(guò)全數(shù)碼攝影監(jiān)測(cè)工作站，直接對(duì)數(shù)據(jù)信息加以采集，而所采用的模擬對(duì)象：自動(dòng)恢復(fù)模式，可以實(shí)現(xiàn)立體化、全面的圖形檢測(cè)，從根本上避免了二次誤差問(wèn)題，為測(cè)圖的精度提供了保證。在采集工作真正開始以前，一般需要先完成空三精度檢測(cè)工作，然后再通過(guò)像控點(diǎn)開始測(cè)量，當(dāng)確定其滿足了相應(yīng)的精度條件之后，再陸續(xù)開始后面的作業(yè)。

（4）同時(shí)制造DOM 和DEM，在此流程中，重點(diǎn)是借助相關(guān)軟件對(duì)DEM 完成制造，同時(shí)需要保證其制造精度可以與經(jīng)過(guò)處理和剪輯后的地形圖數(shù)值保持一致，在完成了以上的全部步驟以后，還需要繼續(xù)借助于專用軟件，對(duì)真正攝影影像完成制造，在這一過(guò)程中，還必須妥善做好技術(shù)把控工作，以避免產(chǎn)生誤差的問(wèn)題。

4.7 對(duì)影像的特征進(jìn)行利用

運(yùn)用遙感等地質(zhì)勘查技術(shù)能夠?qū)Σ煌牡乩碛诚裉攸c(diǎn)加以分析，從而正確的對(duì)所勘察地區(qū)的與地層或柱形圖相對(duì)的地層和巖漿等進(jìn)行分類。而運(yùn)用地理影像特征進(jìn)行地區(qū)或是單元分類，是對(duì)某一地區(qū)進(jìn)行遙感研究的主要前提條件，同時(shí)也是對(duì)所研究地區(qū)的地層和巖漿等物質(zhì)活動(dòng)特征進(jìn)行比較的主要基礎(chǔ)。由于在同一個(gè)地區(qū)的同種地理特征在映像上顯示的影紋和顏色等物質(zhì)特點(diǎn)都是相同的，從而能夠利用對(duì)已檢查出的某些物質(zhì)的活動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行追索解譯和對(duì)比解譯。同時(shí)利用對(duì)典型地區(qū)巖層結(jié)構(gòu)的分類，可以分析該地區(qū)巖層構(gòu)成時(shí)的地層、巖漿等的活動(dòng)表現(xiàn)。在運(yùn)用遙感技術(shù)開展地域內(nèi)的地理巖石研究工作時(shí)，對(duì)于某地對(duì)地物質(zhì)信息的獲取，應(yīng)當(dāng)以影片作為最基礎(chǔ)的根據(jù)，客觀準(zhǔn)確逼真地展示轄區(qū)內(nèi)的地質(zhì)地物的影子，并盡量減少對(duì)傳統(tǒng)“專家工作經(jīng)驗(yàn)”的運(yùn)用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)傾角照相檢測(cè)技術(shù)在礦山大尺度地形圖測(cè)量工作中有著突出的優(yōu)越性，明顯的降低了測(cè)量員外業(yè)工作量，大大提高了檢測(cè)工作效率，也降低了檢測(cè)生產(chǎn)成本。將無(wú)人機(jī)傾角拍攝檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用到礦井監(jiān)測(cè)，明顯的提升了檢測(cè)準(zhǔn)確度，為礦井施工打下了基礎(chǔ)。另外，傾角拍攝技術(shù)得到的影像數(shù)據(jù)包括三維空間信號(hào)，為建立三維礦井和智能采礦打下了基礎(chǔ)。