無人機傾斜攝影測量方法在礦山中的運用

張繼業(yè)

摘 ? 要：無人機傾斜攝影具有較高的分辨率與圖像重疊度，為了克服傳統(tǒng)礦山地形測量方法不足之處，可以在平穩(wěn)地線進行礦山地形測量。此種方法不僅將測量成本降低，提高結(jié)果準確度，還能確保工作人員人身安全，具有積極的推廣價值?；诖耍疚膶⒎治鰺o人機傾斜攝影測量技術(shù)的概念，并探究其應用措施，旨在提高礦山地形測量的精準度。

關(guān)鍵詞：無人機 ?傾斜攝影測量法 ?礦山 ?應用

中圖分類號：P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0045-02

無人機的傾斜攝影測量法主要是通過無人機作為航攝平臺，利用不同航攝傳感器的搭載，對地面傾斜與垂直角度進行多方面掃描或而為相片傳送到運輸局之中，分析制作獲取的多光譜影響、DSM與DLG數(shù)據(jù)、正射影像等，還可以與記載POS數(shù)據(jù)等矢量數(shù)據(jù)相結(jié)合，創(chuàng)建地貌與地物的三維模型。經(jīng)常在礦山中應用，可快速形成三維模型，提高了礦山繪測效果。

1 ?無人機傾斜攝影測量技術(shù)概念

1.1 無人機技術(shù)

無人機主要是指無人駕駛的飛機，其可搭載多種不同的傳感器，屬于航空器的一種，由無線電遙控設(shè)備與自主計算機編程系統(tǒng)所構(gòu)成，在其上依據(jù)不同需要安裝導航設(shè)備與自動駕駛裝置，此飛行平臺可遙控控制。通常無人機使用玻璃鋼與炭纖維等復合材料，保證實現(xiàn)無人機飛行的要求。繪測行業(yè)中，無分機分為兩種，即多旋翼與固定翼，多旋翼操作通常為八旋、六旋以及四旋，可以定點懸停、垂直起降，操作十分便捷。但是其效率較低，飛行速度慢，航時短，而固定翼無人機則具有高速度、航時長、高效率的優(yōu)點，但是多為彈射起降或滑行，對于操控技能與起降場地具有較高的要求，若是在山區(qū)城鎮(zhèn)等特殊地形中使用，則不能保證飛行安全[1]。

1.2 傾斜攝影測量技術(shù)

近幾年中，開發(fā)出新的技術(shù)，以期實現(xiàn)山區(qū)遙感，使用傳感器通過相同平臺從不同角度，或傾斜或垂直觀察，從而得到更加準確完整的信息，垂直平面中圖像稱其為正電子圖像，地面與鏡頭方向之間存在一定的角度進行拍攝的方法叫做斜射，此種方法在無人機上應用，主要是為了制作更加真實、直觀的模型。而為了讓無人機實現(xiàn)此技術(shù)，讓設(shè)計的模型更加現(xiàn)實直觀，可以利用5個不同視角處理同一結(jié)構(gòu)程序，則集遙感技術(shù)、無人機技術(shù)、GPS查分技術(shù)、實時通信技術(shù)、POS定位定向技術(shù)等技術(shù)得到空間地理信息，通過后臺處理數(shù)據(jù)構(gòu)成新測繪技術(shù)，及時建模。

2 ?無人機傾斜攝影測量方法在礦山中的應用

無人機傾斜攝影技術(shù)應用于礦山中，主要是通過校驗相機、數(shù)據(jù)結(jié)算、建模實現(xiàn)礦山影響的三維建模，顯示三維場景。不僅能夠?qū)⒈粶y礦山的實際情況反映出來，還能結(jié)合先進的定位系統(tǒng)得到礦山精準的地理位置，彌補傳統(tǒng)礦山測量地形時三維建模的不足之處[2]。此種模型是參數(shù)化技術(shù)與攝影技術(shù)結(jié)合構(gòu)建，最后利用云數(shù)據(jù)濾波測量制作出礦山的地形圖。

2.1 前期調(diào)查

礦山拍攝中首先對拍攝范圍進行確定，為了避免在拍攝過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失或不足的問題，可以將拍攝范圍擴大。還應當在調(diào)查前期確定信息分辨率等。

2.2 設(shè)備選擇

2.2.1 無人機要求

無人機整體載重量超過2kg，電池若是動力續(xù)航則時間超過30min，如喲是內(nèi)燃機動力續(xù)航則時間超過1h。多旋翼無人機航速約為6m/s，而固定翼無人機航速約為10m/s，需要達到4級風速的抗風性，升限則在1000m之上，海拔高度約為3000m[3]。

2.2.2 傾斜相機性能

無人機航測中，標準航空攝影相機超過3500萬美元，傾斜像素攝影不能限制一個相機，但是可以控制一個顯示圖像，若是項目要求，則可以傾斜圖像，觸碰樣本，而操作時間、電池壽命、曝光時間等如下。

一次傾斜攝影采集像素要求越高越好，同時也需要考慮設(shè)備成本，鏡頭單個像素應超過2000萬，而曝光一次像素則高于1億。作業(yè)時間需要則90min之上，最好能夠?qū)崿F(xiàn)全天作業(yè)，還需要有定點曝光的能力，以此滿足影像重疊的需求。

2.3 計劃航線

前期調(diào)查之后，需要合并整理數(shù)據(jù)，制作出詳細的礦山數(shù)據(jù)圖，結(jié)合無人機控制軟件，提出三維立體條件分辨率等加入航拍、畫面重疊等參數(shù)需求，設(shè)定航拍的航線。航高主要是以地面分辨率進行高度數(shù)據(jù)確定

計算公式為：

其中，相對飛行高度為h;向元尺寸為a;鏡頭焦距為f;地面分辨率為GSD。

航攝重疊度則依據(jù)航空標準攝影標準為準，60%～80%為通常平行方案，不是53%，15%～60%為重點集中水平部位。若是無人機進行攝像傾斜，不能只依靠側(cè)翼，不管橫交叉點與匯率是否相交，以算法為主則66.5%為佳。

2.4 外業(yè)航拍

在同一平臺上搭載傳感器6臺，從不同角度進行拍攝，其中垂直角度1個，傾斜角度5個，礦山地形拍攝中，還需要將與其相關(guān)的各項數(shù)據(jù)參數(shù)等記錄好，如航拍方向、拍攝高度、礦山坐標、重疊度等，整理分析數(shù)據(jù)，定位技術(shù)與無人機拍攝結(jié)合，不僅將拍攝地真實情況反映出來，還能得到礦山位置與更多信息。

像片控制點的布設(shè)中，選擇的圖像目標要清晰、容易穿刺識別。布局控制點中，應當為5-6圖像重疊與側(cè)面范圍之中，共享盡可能多的通知點，以試驗區(qū)區(qū)域網(wǎng)及地形條件布局，區(qū)域網(wǎng)大小通常在基線12條與線路8條，以區(qū)域網(wǎng)為中心圍繞其布局，通常情況下每平方公里均勻分布一點。

區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中則盡量選擇左右線路重疊的圖像控制點，統(tǒng)一相鄰區(qū)域網(wǎng)。礦山測量中會受到地形的影響，出現(xiàn)凹性與凸性，可在凸角部位增加另外的控制點，以此滿足所有點中平面坐標與高程坐標點精度，礦山的每個測量區(qū)域至少有額外觀測點兩個，成為冗余觀測模型建設(shè)的精度坐標。

像片控制點選擇中，0.1mm為圖像控制點精度標準，在圖像清晰地物點上作為點位選擇。通常而言，其在較小的現(xiàn)行地面相交位置選擇，較好的相交角度，地面中心物體圖像低于0.2mm，交叉角、電弧特性、影子角度在30°以下的現(xiàn)行特性不能成為目標。

低標高變化目標為圖像控制點，其在相鄰圖像中應當十分清晰，選擇統(tǒng)一偏好，同一測區(qū)中編號不能重復。如，平高相片流水編號P001、P002等。

2.5 數(shù)據(jù)分析處理

礦山地形測量后需要利用檢查點對其檢測，檢查點準確度將決定結(jié)果準確度，其中包含焦距、航攝面積、影像分辨率、最大高差、相對航高、作業(yè)時間、重疊度等。

將無人機采集相片數(shù)據(jù)、地面相控點、POS數(shù)據(jù)、絕對定向、相對定向、平差、點云數(shù)據(jù)、空三加密等處理，構(gòu)建三維模型，通過處理正射影像，高分辨率輸出具有真實紋理的三角網(wǎng)格模型[4]。三維網(wǎng)模型的輸出可以將建模主體精細準確的復原出其幾何形態(tài)、真實色彩、細節(jié)構(gòu)成等。裸眼旋轉(zhuǎn)三維模型對地物位置類型進行確認，勾勒地物加上外業(yè)調(diào)匯，從而繪制出線劃地形圖，比例為1：2000，0.2m為地面分辨率。

3 ?結(jié)語

總之，礦山地形測量中，無人機傾斜攝影測量方法的應用越來越廣泛，管理人員可利用其分辨率較高的特點實現(xiàn)礦山開采力度、開墾土地、排水系統(tǒng)等方面的控制，保護礦山的環(huán)境，制定出相應的礦山管理標準，推動礦山相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1] 宋小平.無人機傾斜攝影測量技術(shù)在礦山治理中的應用分析[J].世界有色金屬，2019（6）：41-43.

[2] 李少軍.淺析無人機傾斜攝影測量方法在礦山中的應用[J].中國金屬通報，2018（5）：57-58.

[3] 呂劍.無人機傾斜攝影測量在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應用[J].地礦測繪，2019，35（1）：39-41.

[4] 馬存富.基于無人機傾斜攝影技術(shù)礦山地形精準測量方法[J].世界有色金屬，2018（3）：15-16.