無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

張素杰 李瑞 李小虎 張世豪

（北京科技大學(xué)天津?qū)W院 天津市 301830）

在進(jìn)行礦山開采以及建設(shè)的過程中是離不開對(duì)礦山的測(cè)繪，這是重要的信息來源方式，同時(shí)在進(jìn)行礦山測(cè)繪過程能有效地反應(yīng)出礦山的信息，提高資源開采的效率，保證企業(yè)的效益提供了建設(shè)的保證基礎(chǔ)，為此，礦山測(cè)繪的對(duì)于礦山建設(shè)中發(fā)揮著無可替代的作用。相比較以往的礦山測(cè)繪技術(shù)而言，無人機(jī)礦山測(cè)繪的形式其耗時(shí)短，周期短，對(duì)于信息反饋真實(shí)，能大大提高測(cè)繪的質(zhì)量。隨著衛(wèi)星定位的技術(shù)、人工智能的技術(shù)以及移動(dòng)通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，在進(jìn)行礦山繪制大比例尺地形圖的時(shí)，正在逐步引入傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)概述

無人機(jī)攝影技術(shù)是在無人機(jī)上安裝以及搭載多個(gè)傳感器的方式，可以從多個(gè)角度來進(jìn)行區(qū)域拍攝和測(cè)量。在無人機(jī)的技術(shù)不斷發(fā)展過程中，其傾斜攝影技能也被運(yùn)用到多個(gè)領(lǐng)域。傾斜攝影技術(shù)，也就是在多個(gè)角度來提供更高分辨率的影像技術(shù)信息，從而能建立起三維模式的數(shù)字模型，在進(jìn)行城市建設(shè)、山地測(cè)繪發(fā)揮著重要的作用，并且與傳統(tǒng)垂直攝影技術(shù)比較，通過無人機(jī)傾斜攝影在進(jìn)行測(cè)圖工作過程中可以不再佩戴立體觀測(cè)眼鏡。對(duì)于工作人員而言有方便快捷。當(dāng)無人機(jī)在使用傾斜攝影進(jìn)行測(cè)量的過程是通過將各個(gè)攝影點(diǎn)進(jìn)行前視、后視、右視、左視以垂直等五個(gè)角度進(jìn)行測(cè)量，如此就能有效生成一個(gè)三維實(shí)景模型，通過分析整理、計(jì)算就能很快得到地理位置、地勢(shì)情況以及縱橫斷面等各方面地域特征。然而在以往的測(cè)量方式和方法，僅僅將各攝站點(diǎn)中心投影影像進(jìn)行整合處理，由此生成正射的影像，但是如何有效分析出地物具體情況還是非常有限的。兩者進(jìn)行比較，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量可以有效生成正射影像，同時(shí)還能對(duì)于多個(gè)比例尺進(jìn)行測(cè)制，建立事物三維圖像，對(duì)于地物有一個(gè)全面的展示，還可以計(jì)算出地物的縱橫斷面，為方便研究地物的全方位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，更好地發(fā)揮其測(cè)量作用。

2 無人機(jī)傾斜角度攝影的原理以及運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

2.1 無人機(jī)傾斜角度攝影的原理分析

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是在無人機(jī)上面，來進(jìn)行安裝多臺(tái)數(shù)碼相機(jī)，那么相機(jī)則可以從多個(gè)角度來進(jìn)行收集具有高分辨率的圖像，這種技術(shù)是建立在五鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)權(quán)利進(jìn)行處理，同時(shí)也所采集的數(shù)據(jù)以及像控點(diǎn)的數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來，在根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算和相關(guān)軟件得到數(shù)字表面的模型以及三維正射模型。

2.2 無人機(jī)傾斜攝影優(yōu)勢(shì)運(yùn)用

2.2.1 獲取多角度的信息

在傳統(tǒng)的攝影技術(shù)條件下，只能獲取到垂直攝影一個(gè)角度攝影，因此，對(duì)于地物的其他角度的形狀不甚了了解，那么在進(jìn)行測(cè)算過程中單憑一方面的圖形是很難對(duì)地物進(jìn)行全方面的了解。然而通過引入無人機(jī)傾斜攝影，有效解決這方面的問題，這種方式可以得目標(biāo)的各個(gè)側(cè)面信息，在通過綜合分析的方式，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)垂直攝影的缺失。在多個(gè)角度獲取到的測(cè)繪圖形，那么就能利用三維立體的計(jì)算模型進(jìn)行搭建，更好地促進(jìn)測(cè)量工作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，提高測(cè)繪信息的水平和質(zhì)量。

2.2.2 對(duì)于待測(cè)的目標(biāo)還原度高

在進(jìn)行待測(cè)的目標(biāo)還原過程中要堅(jiān)持按照步驟進(jìn)行，為后續(xù)項(xiàng)目的跟進(jìn)有很好的指導(dǎo)價(jià)值。然而在傳統(tǒng)的垂直攝影技術(shù)條件下只能獲取單方面的地理信息，在進(jìn)行還原工作存在很大的困難，然而通過運(yùn)用到無人機(jī)傾斜攝影就能獲取多方面的信息，對(duì)待測(cè)的目標(biāo)物進(jìn)行多角度、側(cè)面角度等信息的收集，能更好地還原待測(cè)目標(biāo)的工作。

2.2.3 待測(cè)目標(biāo)成像就會(huì)更清晰

在無人機(jī)傾斜攝影過程中，由于其具有攝影的功能，因此要搭載多頭攝像頭，同時(shí)在進(jìn)行拍攝過程中分辨率更高，那么對(duì)于目標(biāo)地的各種紋路能更好地呈現(xiàn)反饋，與此同時(shí)，這對(duì)待測(cè)地的周圍環(huán)境成像也是非常清晰的

3 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用范圍分析

3.1 堆體測(cè)量

在進(jìn)行礦山、建筑物等工程建設(shè)過程中，是需要提前對(duì)目標(biāo)地進(jìn)行沙堆以及土堆等進(jìn)行深度的測(cè)量。目前，我們一般在進(jìn)行堆體測(cè)量的過程一般是使用GPS 以及全站儀等測(cè)量手段。那么在測(cè)量之前要進(jìn)行航線的設(shè)定，在被測(cè)試區(qū)域能進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測(cè)，之后在信息系統(tǒng)中就會(huì)自動(dòng)生成需要的三維模型等，從而更好地測(cè)量出目的地的體積和距離等，為工程建設(shè)提供更加精確的數(shù)據(jù)信息。

3.2 隧道、管道檢測(cè)

在進(jìn)行鐵路、地鐵等隧道檢測(cè)過程中，以往的檢測(cè)方式是需要工作人員進(jìn)去到隧道內(nèi)部進(jìn)行人工排查的環(huán)節(jié)，這種方式，需要投入大量的人力和物力，并且耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，效率低下，同時(shí)又存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，如此加大了檢測(cè)工作的難度。然而在使用了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以有效采集的隧道信息精度比較高，同時(shí)對(duì)已經(jīng)建成的三維模型方便進(jìn)行查看，如此工程師在進(jìn)行工作的過程中能將更多的精力投入到數(shù)據(jù)分析，同時(shí)也能有效對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行解決。

3.3 高速公路測(cè)繪

在進(jìn)行高速公路工程維護(hù)和改造的過程中，可以有效獲取更多的有效圖片，在傳統(tǒng)的測(cè)繪形式中，所耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，因此，在使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的過程中，既能保證測(cè)繪圖形的有效性，同時(shí)降低在測(cè)繪過程所產(chǎn)生的成本，對(duì)于測(cè)繪所得的圖片可以通過將GIS 應(yīng)用程序與三維建模軟件結(jié)合在一起，并精準(zhǔn)評(píng)估實(shí)際工程量，利于工程建設(shè)的順利進(jìn)行。

4 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的礦山測(cè)繪方式

跟傳統(tǒng)的攝影技術(shù)比較，在進(jìn)行礦山測(cè)繪的過程使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)其含金量是比較高的，對(duì)于信息進(jìn)行處理速度是非?？斓摹Ｅc此同時(shí)，由于攝影角度與范圍之間有很大差距，在進(jìn)行礦山測(cè)繪的過程中，要堅(jiān)持從多個(gè)角度來對(duì)礦山的地貌進(jìn)行還原，并且能夠在很大程度上減少人力和物力的投資。

4.1 礦山測(cè)繪工作前期的考察工作

通過無人機(jī)進(jìn)行礦山實(shí)地測(cè)繪的過程中，那么工作人員應(yīng)該對(duì)礦山進(jìn)行礦山的范圍有一個(gè)初步的確定，當(dāng)使用無人機(jī)來進(jìn)行試拍期間能對(duì)拍攝分辨率進(jìn)行調(diào)整，從而使無人機(jī)能達(dá)到最好的效果。在此之外，為了能有效避免由于無人機(jī)在測(cè)繪過程獲取信息不夠全，導(dǎo)致礦山后期開采過程遇到問題，那么在一般情況下，在對(duì)礦山的拍攝的具體范圍應(yīng)該更大好多。

4.2 無人機(jī)航拍路線的規(guī)劃

在獲取到礦山的相關(guān)信息以后，那么就可以對(duì)所有的信息進(jìn)行整理和分析，那么針對(duì)無人機(jī)控制權(quán)利可以加入分辨率更高的配件，在進(jìn)行綜合計(jì)算之后，應(yīng)該全面考慮好航拍路線的規(guī)劃[1]。

4.3 無人機(jī)航拍圖像處理

在進(jìn)行無人機(jī)的傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)繪時(shí)，對(duì)于工作人員而言應(yīng)該結(jié)合多個(gè)角度的成像圖形進(jìn)行組合，并且能合理地調(diào)整各個(gè)拍攝的參數(shù)，在進(jìn)行無人機(jī)進(jìn)行傾斜拍攝時(shí)，要對(duì)信息進(jìn)行整理和收集，，總的來說，在拍攝過程要注意到航拍的拍攝角度、航拍路線、所獲取到的圖形信息進(jìn)行合理的歸納和整理。當(dāng)無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)完成了對(duì)礦山的測(cè)繪圖形之后，則需要圖像專業(yè)人員根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算權(quán)利進(jìn)行計(jì)算，并繪制制成三維模型方便后期進(jìn)行礦山開采的時(shí)候提供參加[2]。

4.4 無人機(jī)拍攝結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)

當(dāng)無人機(jī)所拍攝的信息在完成獲取之后，要及時(shí)將所測(cè)繪所得的結(jié)果進(jìn)行分析和整理，尤其是測(cè)量結(jié)果的進(jìn)行分析，對(duì)于測(cè)量所得的結(jié)果能進(jìn)行判斷，其評(píng)價(jià)能有效地對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。在借助了無人機(jī)拍攝的航拍的過程，可以對(duì)所需要的信息其合格以及完成度能進(jìn)行篩選，那么等到了檢測(cè)點(diǎn)的就要合理地將航拍結(jié)果進(jìn)行還原，將數(shù)據(jù)資源使用配置運(yùn)用到實(shí)處[3]。

5 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在礦山測(cè)繪工程中的應(yīng)用

5.1 無人機(jī)拍攝航線設(shè)計(jì)和規(guī)劃

無人機(jī)在航拍的過程中可以通過多個(gè)角度進(jìn)行，因此，在進(jìn)行無人機(jī)的飛行角度、飛行高度以及鏡頭的距離可以事先進(jìn)行調(diào)試，那么對(duì)于所獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，就能大大提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如此一來就能為航線設(shè)計(jì)的工作提供更為有效的幫助[4]。

5.2 地面觀測(cè)

在礦山測(cè)繪的過程中，對(duì)于地面的觀測(cè)是工作的重點(diǎn)之一。那么進(jìn)行地面觀測(cè)的重要過程是要考察地面狀態(tài)以及地表面所存在的目標(biāo)點(diǎn)，然而在傳統(tǒng)的拍攝的方式只能了解到地面頂部的信息，然而對(duì)地面高度的數(shù)據(jù)是較難測(cè)量。由于傾斜攝影技術(shù)通過多角度拍攝，那么對(duì)地面的各個(gè)角度有一定的了解，加之多個(gè)角度來分析，就能有效分析和計(jì)算出高度信息。通過計(jì)算出的高度信息，測(cè)繪人員就能有效估算出不同高度的目標(biāo)值，如此得出的結(jié)果最為準(zhǔn)確，在很大程度上提升測(cè)繪分析的結(jié)果精確性[5]。

5.3 GPS布設(shè)

在進(jìn)行無人機(jī)測(cè)繪過程中，對(duì)于測(cè)繪的工程中CPS 布設(shè)一個(gè)關(guān)鍵問題。只有合理化地提升GPS 布設(shè)工程，那么無人機(jī)所拍攝出的數(shù)據(jù)就能實(shí)現(xiàn)同步，大大提升工作的效率。在此之外，通過GPS 布設(shè)的相關(guān)工作完成之后，那么就需要對(duì)所接受的信息進(jìn)行整理，那么其最終的目標(biāo)在于能及時(shí)地接受無人機(jī)在進(jìn)行測(cè)繪的數(shù)據(jù)。當(dāng)信息進(jìn)行接受工作過程，需要保證無人機(jī)的供電充足，然而，在傳統(tǒng)的垂直攝影方式在進(jìn)行所獲取的信息是非常有效的，則會(huì)需要對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的更大面積進(jìn)行拍攝，這在一定程度上會(huì)增加拍攝的時(shí)間。由于無人機(jī)在進(jìn)行拍攝的過程是需要多角度進(jìn)行拍攝，而且是次數(shù)比較多從而有效地縮短無人機(jī)在進(jìn)行工作所需的時(shí)間，這可以有效提高無人機(jī)使用電量，同時(shí)也能擴(kuò)大拍攝的范圍，最終提升GPS在進(jìn)行布設(shè)工作的效率[5]。

5.4 數(shù)據(jù)處理

當(dāng)無人機(jī)進(jìn)行攝影完成后，那么就需要對(duì)所拍攝的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理，這能有效地提高工作的質(zhì)量和效率。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與傳統(tǒng)的攝影技術(shù)進(jìn)行比較可知，那么就可以從更多的角度分析所得的信息和數(shù)據(jù)，最終能提高數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量和效率。對(duì)于無人機(jī)搭載有傾斜攝影技術(shù)其帶有預(yù)處理系統(tǒng)，對(duì)于預(yù)處理系統(tǒng)而言，在完成了拍攝任務(wù)以后，能對(duì)信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，同時(shí)對(duì)于拍攝過程中無效的信息可以進(jìn)行預(yù)先剔除，那么在很大程度上減少后期工作處理圖片的難度系數(shù)，為后期工作開展提高速度和準(zhǔn)確度[6]。

5.5 質(zhì)量控制

無人機(jī)在進(jìn)行拍攝的過程中是為了獲取更多的信息，為此，對(duì)于數(shù)據(jù)的獲取質(zhì)量影響元素是非常多的，比如，拍攝的角度、拍攝的時(shí)間、拍攝的高度以及照片的質(zhì)量等，然而，無人機(jī)要進(jìn)行傾斜攝影時(shí)需要從不同角度進(jìn)行攝影調(diào)整，如此就能確保測(cè)繪工程成相的質(zhì)量。同時(shí)，根據(jù)預(yù)先所設(shè)計(jì)好的航拍路線，在很大程度上能保證拍攝攝影的質(zhì)量，在所拍攝的影像不符合測(cè)繪的要求時(shí)，可以及時(shí)地進(jìn)行補(bǔ)拍，從而減小測(cè)繪工程中的誤差。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，現(xiàn)代化建設(shè)的步伐也在不斷地加速中，人們對(duì)于資源的需求量也在提高，由此，這也在很大程度推動(dòng)了礦山開采的進(jìn)程。礦山測(cè)繪是建立在礦山開采的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的人工測(cè)繪在使用過程中，其存在準(zhǔn)確性和效率低下的缺點(diǎn)。而無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行很大的改進(jìn)，有效提升了拍攝圖片的質(zhì)量。因此，在資源需求不斷增加的今天，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，從而推動(dòng)我國(guó)礦山那測(cè)繪儀以及管理的數(shù)字化進(jìn)程，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展做出貢獻(xiàn)。