倾斜摄影在某铝土矿区土地整理中的应用

陈 帅，包志轩，樊明学（.湖南工程职业技术学院，湖南长沙 405；.湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南长沙 40076；.新疆北新路桥集团股份有限公司，新疆乌鲁木齐 80000）

倾斜摄影在某铝土矿区土地整理中的应用

陈 帅1，包志轩2，樊明学3
（1.湖南工程职业技术学院，湖南长沙 410151；2.湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南长沙 410076；3.新疆北新路桥集团股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

结合某铝土矿区矿床分布零散、矿藏赋存浅、地质结构复杂，采用露天开采方式开采速度快、用地周期短等特点，将倾斜摄影实景三维技术应用到矿山生产设计规划及开采后矿区土地整理中，并采用低空无人机倾斜摄影测量进行矿区土地整理前后对比分析，对整理后土地进行综合效益评定：土地整理后耕地总量增加，土地适用性增强、土壤肥力提升。对未来矿山土地利用具有一定的参考价值。

倾斜摄影；土地整理；实景三维

某铝土矿为岩溶堆积型，矿区占地面积大，开采速度快，开采后的土地质量得到显著提升。矿区耕地资源紧缺，长期空置已开采完土地，企业不仅需要支付大量费用，同时也浪费了稀缺的土地资源。为减短矿区土地占地时间，确保土地得到充分利用，根据某铝土矿矿区开采特点，采用低空无人机倾斜摄影技术，生成矿区的实景三维模型与数字地形图等资料，及时对已开采土地进行整理，对实现矿区土地的可持续发展具有重要意义［1］。

1 倾斜摄影技术

倾斜摄影测量技术是近几年在传统摄影测量基础上发展起来的一项新技术。不同于传统摄影测量技术，倾斜摄影测量技术不仅获取被摄物体的正视影像，同时通过倾斜传感器，获得多个角度倾斜影像。利用最先进的定位技术，能够赋予倾斜影像丰富的位置信息，使得倾斜影像的应用领域越来越广。倾斜摄影技术的引进和倾斜影像软件应用开发，极大地降低了目前三维建模的成本，具体技术流程如下。

1.1 影像获取

首先，根据项目的具体要求，进行实地现场调查，查阅已有规范，进行低空无人机倾斜摄影技术方案的设计。根据设计规范，成图比例尺为1∶1 000，影像分辨率要求不高于4 cm；由于摄区地处山区，以摄区的平均高程为基准，设置绝对航飞高度为200 m；根据内业数据处理软件对影像的要求，航向要求70%的重叠度，旁向要求60%的重叠度，获取航飞影像。

1.2 像控点的布设及检查点测量

为了保证数据处理的精度，同时结合项目要求，坐标系统一采用BJ54坐标系，中央投影带为108度。航飞之前在矿区周围布设16个控制点，并做明显的标记，采用RTK获取控制点的坐标数据，并以txt的格式保存，同时在测区范围内选择20个分布均匀检查点，方便后期检测成果精度，采用GPS－RTK测量，平面位置和高程位置中误差要求不超过0.1 m。

1.3 实景三维全自动建模

内业数据处理以acute3D公司的smart 3Dcapture软件为主进行三维建模。主要数据处理过程如下：（1）数据准备（影像整理、像控点坐标处理等）；（2）新建项目工程；（3）影像导入及质量检查；（4）控制点刺入；（5）自动空中三角解算；（6）模型参数设置；（7）三维模型输出。采用该软件系统进行实景三维建模，自动化程度高，人工干预较少，全自动获得实景三维，但是对于单个点的构筑物或者植被等语义的信息，难以处理编辑。所以需要对实景三维模型进行精细化处理［2］。

1.4 精细化三维建模

模型的精细化处理主要采用天际航开发的DP－modeler，根据smart3D获得的成果数据包括：（1）Xm l格式空三；（2）OSGB格式模型；（3）匀光匀色后的影像。主要数据处理过程如下：（1）数据预处理；（2）模型导入；（3）单体化建模；（4）模型重建；（5）成果导出。模型的单体化处理主要针对采空区进行，重建目标区域信息。

1.5 矢量数据采集

根据smart3D获得的成果数据，采用DP－modelermaper进行矢量数据采集，在DP－modelermaper三维自由视图界面，导入OSG文件，用规定的符号在模型中提取地物、地貌的平面位置和高程位置，获取矢量图等基础数据。

1.6 模型精度

本次三维模型的精度主要采用外业检查点进行精度检查，根据检查点对应位置的模型坐标作对比进行精度评估，评估数据见表1。

表1 模型精度统计表

对检查点与模型点的X坐标方向偏差统计分析如图1所示。

图1 X轴方向偏差分布图

对检查点与模型点Y坐标方向偏差统计分析如图2所示。

对检查点与模型点高程方向偏差统计分析如图3所示。

根据外业实测的20个检查点数据分别进行平面位置和高程位置中的误差统计，平面位置中误差为0.281 m，高程中误差为0.376 m，完全满足国家1∶1 000大比例尺倾斜摄影测量制图规范的要求。

图2 Y轴方向偏差分布图

图3 高程方向偏差分布图

2 倾斜摄影在土地整理中的应用

针对该铝土矿矿床分布零散、矿藏埋设深度浅、地质结构复杂等特点，采用露天开采方式。矿区开采速度快，用地周期短，通常只需2～3 a。开采结束后，对采空区进行土地整理，可恢复被破坏耕地并同时提升耕地土壤肥力。土地整理既能保持矿区可耕种面积总量的平衡，又能保证矿区生态系统的稳定。土地整理采用工程复垦和生物复垦相结合，实现土地的良性循环。工程复垦以企业为主体，而生物复垦以农民为主体［3］。

2.1 设计阶段

土地整理设计阶段工作主要包括施工图设计和施工成本概预算两部分。施工图设计不同于传统的基于地形图进行设计，无人机倾斜摄影测量技术能够获得矿区的实景三维模型，同时具有清晰的实景纹理，以此为设计底图，进行土地整理规划设计。施工成本概预算是为加强已开采完矿山土地整理过程中的成本管理，合理安排资源，提高施工效率和质量。实景三维模型相对于传统的数字线划图能够更精确地控制土地整理时填挖土方量，降低项目施工成本。倾斜摄影测量技术的应用，改变了设计者以往的设计模式，通过无人机航拍影像处理生成的现场实景模型辅助设计。实景模型不仅提供最真实的数据保障，还与设计模型轻松对接并融合。

2.2 项目实施阶段

项目实施阶段，利用无人机倾斜摄影获取的实景模型监督、记录项目施工状况。项目实施阶段工作汇报、项目进度分析、项目实施方案研讨等都是必不可少的工作。传统的工作汇报方式并不能把工作进展汇报到位，不具备直观性。通过三维实景模型进行工作汇报，不需要亲临施工现场验证汇报的虚实，直接利用三维实景模型，项目的施工情况能够更直观真实地展现和便于查看。即省时间，又提高了工作效率。

2.3 在土地整理后评价中的应用

对整理后土地，同样采用低空无人机倾斜摄影技术，获取其三维模型。对比整理前后土地的变化，综合评定整理后土地效益。主要表现在两个方面：

1.原先无法耕种的铝矿地经过土地整理后变成了可耕种土地，矿区可耕种面积总量得到提升。根据数据统计显示，该铝土矿区开采前可耕土地为38 km2，整理后的可耕种为41.8 km2，矿区可耕种土地面积增加了10%。

2.整理后土地的地力明显得到提高，农民可选种作物品种增加。铝土矿开采前，矿区耕地土壤贫瘠，土地耕种困难，主要作物种类是木薯或玉米，年收入3 500元／hm2左右。企业进行矿山开采时，每年给予16 349元／hm2经济补偿。对开采完矿区，企业进行土地整理，铺设优质有机耕作层，提升土壤肥力，经整理后的土地归还给农民。农民可改种甘蔗等更具经济价值的作物，使年收入达到6 000元／hm2左右。相对于矿区开采前，农民收入得到了明显增加。同时企业改变传统运作模式，采取以租代征，边开采边整理的新方式，降低了企业的开发成本。在获取铝土矿资源的同时提高了矿区人民的生活水平，保证了矿区的生态稳定，实现了矿区经济建设的快速发展。截止到2016年12月，根据国土资源部门的专项验收统计数据显示，该铝土矿区先后完成整理土地面积共计328 hm2，复垦率100%，复地率达70%。

3 结 论

利用低空无人机倾斜摄影技术，快速获取某铝土矿山的测绘成果，将实景三维模型应用到铝土矿山开采区土地整理中，准确指导该铝土矿采空区土地整理，从而使整理后耕地总量增加，复垦地适用性增强、土壤肥力提升。对未来矿山土地开发利用具有一定的参考价值［4］。

［1］ 许恒周，郭忠兴.科学发展观指导下的土地可持续利用问题［J］.国土资源科技管理，2005，（4）：55－59.

［2］ 谭金石，黄正忠.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估［J］.现代测绘，2015，（5）：21－24.

［3］ 刘聪，贺跃光，陈帅，等.无人机测绘在某铝土矿山土地复垦中的应用［J］.中国锰业，2016，（1）：52－54.

［4］ 郄瑞卿，崔宝华，关侠.建筑用石灰岩矿土地复垦综合效益评价［J］.吉林农业大学学报，2014，（4）：494－499.

Oblique Photography in the Application of a Bauxite M ining Land Consolidation

CHEN Shuai1，BAO Zhixuan2，FAN Mingxue3
（1.Hunan Vocational College of Enineering，Changsha 410151，China；2.Hunan Hydro＆Power Design Institute，Changsha 410076，China；3.Xinjiang Beixin Road＆Bridge Group Co.，Ltd.，Wulumuqi830000，China）

Combining the scattered distribution of a bauxite mine deposit，mineral occurrence of shallow，complex geological structure，using the way of strip mining and mining speed and characteristics of short land use cycle，the tilt photography real 3d technology is applied to mine production planning and mining in the mining area land consolidation，and it adopts tilt lowaltitude UAV photography mining area land consolidation before and after comparison analysis，the comprehensive benefit evaluation of land after finishing as follows：amount of cultivated land to increase after land consolidation，land suitability to enhance and soil fertility to improve.For the futuremining land use，it has a certain reference value.

oblique photography；land consolidation；real 3d

TD854

A

1003－5540（2017）03－0006－03

2017－03－29

陈 帅（1989－），男，助教，主要从事摄影测量与遥感工作。