基于无人机倾斜摄影技术矿山地形精准测量方法

马存富

（云南金沙矿业股份有限公司滥泥坪公司，云南 东川 654103）

传统的测量矿山地形的方式收到了无人机倾斜摄影技术的冲击，立体的矿山地形影像数据通过无人机多镜头摄影可清晰地展现在我们眼前，无人机摄影生成自动的三维立体矿山数据，使得地理信息的提取、处理和运用都更加便捷。无人机倾斜摄影因其丰富的信息量、直观的影像信息、三维立体模型而受到欢迎。在测量矿山地形时，无人机的高效工作率、较低的成本以及精准直接的数据都将提高测量矿山地形工作的效率。本文通过分析无人机测量方法、测绘矿山地形图的流程、具体实施过程、测量成果具体应用与分析方法，从而提出无人机测量中存在的问题与解决措施，从而完成本文的研究。

1 无人机倾斜摄影测量矿山地形的方法

在测量矿山地形时，无人机倾斜摄影技术不仅能够真实的反映矿山地形情况，不需要耗费大量的人力物力，而且无人机先进的定位技术可以提供精准的地理信息，呈现更丰富的矿山影像资料。所测的矿山地区周边的真实情况可以通过无人机倾斜摄影的正射影像反映出来[1]，无人机还能从多个角度观察矿山地形，矿山地形的实际情况能通过无人机得到更加真实的反映，无人机的倾斜摄影可以弥补普通正射影像在测量矿山地形中的不足。无人机倾斜摄影在与配套软件的结合运用中实现单张影像测量，可以在测量后的影像中对矿山的高度、面积、深度以及长度等方面进行直接测量，扩展了无人机倾斜摄影在矿山地形测量行业中的应用。无人机倾斜摄影在测量地形时通过航空摄影，对矿山的侧面纹理进行三维立体模型的建设，充分发挥无人机倾斜摄影技术的优势，进行大规模的高空拍摄，提供与矿山地形有关的纹理信息，很大程度上降低了矿山地形在测量中的三维建模成本。无人机倾斜摄影在矿山地形的测量中有4点明显的优势：①可以直观地反映矿山周边地形的实际情况。②可以收集矿山周边地形相关纹理数据。③可以对矿山地形进行单张影像的拍摄。④便于整理的、较小的数据有利于发布数据成果。

2 基于无人机倾斜摄影生成三维模型测绘矿山地形图的流程

无人机倾斜摄影技术在测量矿山地形时主要运用到了三维建模方法[2]。简而言之，通过校检相机、结算数据、空中构建三维建模，将矿山地形的影像数据变成三维模型，从而实现三维场景。除了反映被测量的矿山实际情况，无人机倾斜摄影得到的数据还可以与高科技先进的定位系统结合，从而得到精准的矿山地理位置信息，有效弥补了传统的三维建模在测量矿山地形时的缺陷与不足。这种三维建模是无人机倾斜摄影测量结果与参数化技术建模的结合构建来的，最终通过点云数据滤波测量并绘制出具有真实性与精确性的矿山地形图。

3 无人机倾斜摄影测量在矿山中的具体实施

现以云南省昆明市滥泥坪铜矿矿区的矿山地形测量项目为示例：

3.1 前期调查阶段

首先决定好矿山需要拍摄的范围，在考虑拍摄范围时，为了避免出现数据不足或是数据缺失的情况，应该相应的扩大拍摄范围。在前期调查阶段还应该确定好拍摄影像信息的分辨率，在本次矿山地形测量项目中，矿山地形的三维立体模型分辨率是0.2m，正射影像图的分辨率是0.1m。因鞍山——本溪铁矿区的矿山面积不太大，且要求较高的分辨率，这次无人机倾斜摄影测量项目选用多旋翼无人机来协助此次拍摄。

3.2 计划航线阶段

在完成前期调查阶段后，将获取的数据进行整理合并，制作一份详细的数据化矿山地形数据图。然后与无人机控住软件相结合，以前期调查阶段提出的三维立体模型以及正射影像图的分辨率为条件，加入航拍高度、画面重叠度等参数，从而计划好航拍航线。

3.3 外业航拍阶段

将6台传感器搭载上同一个飞行平台上，并从6个不同的拍摄角度、5个倾斜角度、1个垂直角度来进行影像的拍摄，在拍摄有关矿山地形的相片时，还要记录好与矿山相关的参数数据，如拍摄高度、航拍方向、画面重叠度和矿山坐标等，并对收集到的数据进行整理分析。无人机拍摄与定位技术进行巧妙结合，不仅能够反映拍摄地的真实情况，还能获取矿山的地理位置，获得更多相关数据。在确定好的航线基础之上，通过多旋翼无人机的协同拍摄，来获取完整的矿山地形数据。

3.4 内业处理阶段

在结束外业航拍阶段后，专业的业内人员通过地理信息系统软件、摄影测量系统、全自动进行三维模型建立软件等软件来处理获取的数据，矿山地形相关数据、矿山拍摄图都需要进行加密处理，从而得到立体的三维模型和正射影像图。

3.5 评价测量结果

矿山地形的测量结果需要通过检查点来进行检测，结果的准确度是取决于检查点的准确度，从而得出该项目的完成度，合格的项目应该满足图面没有明显的拼接痕迹这点要求。（详情见表1）

表1 技术指标

4 测量成果具体应用与分析方法研究

被测量的矿山地形的数字正射影像图和高分辨率三维立体模型可在无人机倾斜摄影技术的协助下获得[3]。整个被测矿山地形的真实情况和测量区域，都可在数字正射影像图中直观地看到，同时，被测量的矿山面积、范围等数据都可在正射影像图中一一展现出来。

三维立体模型可在全自动三维模型建立软件中得到立体的测量，并且该软件可以计算矿山开挖的土方量。想要动态的监测矿山地形，可以采用多种时段拍摄方法，运用这种方法，不仅能够测量立体模型，还能提供直观准确的数据，为矿山管理人员提供管理数据。

矿山的管理者可以通过倾斜摄影的高分辨率直观清楚地看到矿山地形，便于管理者调整矿山开采力度、疏通矿山排水系统、保护矿山环境、开垦矿山土地，制定相关矿山管理标准。

矿山开采范围影响矿山的开采量、矿山生产能力、岩石剥离情况以及可开采年限，而矿山的开采范围可以通过数字正射影像图与三维立体模型得到准确测量。

此次测量任务需要无人机倾斜摄影协同完成。较高的分辨率和较大的图像重叠度是无人机摄影的优势所在，为了克服传统矿山地形测量方法的缺点与不足，无人机测量工作人员可以在一个平稳的地方对矿山地形进行测量。无人机倾斜摄影技术有效地降低了测量成本，大大地提高测量结果的精确度，还能保证工作人员的人身安全，这些都是传统测量方法无法达到的。

当无人机摄影技术与定位系统结合运用时，除了更加真实全面地反映矿山地形情况，还能提供更加准确的数据信息、直观生动的影像信息、让使用者全方位地了解矿山地形，使无人机摄影技术与矿山测量有机结合。

在矿山地形测量的相关领域中，无人机倾斜摄影测量技术广受欢迎，成为大势所趋。与此同时，为了降低测量成本、提高测量结果，很多矿山管理人员都会摒弃传统测量方法而选择无人机摄影。

5 存在的问题与解决措施

无人机倾斜摄影技术后期数据影像匹配时，因倾斜影像的摄影比例尺不一致、分辨率差异、地物遮挡等因素导致获取的数据中含有较多的出入，严重影响后续影像空三精度。然而，利用倾斜摄影测量中包含了大量的冗余信息，进行数据的高精度匹配是提高倾斜摄影技术实用性的关键。

倾斜摄影测量所形成的三维模型在表达整体的同时，某些地方存在模型缺失或失真等问题。因此，为了三维模型的完整准确地表达需要进行局部区域的补测，常用方法是人工相机拍照或者使用车载近景摄影测量系统进行补测。

随着科技的发展，无人机作为倾斜摄影测量实用的载体，为了增加其便携性和灵活性以及续航能力，科技人员正在研制体积小长续航的电池。

倾斜摄影测量技术将逐渐成熟，对成果的质量要求会越来越高，选择高分辨率、高曝光次数的相机、规划设计合理的航线与航高对确保成果质量至关重要。

6 结语

本文研究了无人机倾斜摄影技术在矿山地形测量中的运用，基于对无人机倾斜摄影测量矿山地形的方法、测绘矿山地形图的流程、无人机倾斜摄影测量在矿山中的具体实施以及测量成果具体应用与分析方法研究，从而提无人机倾斜摄影技术在测量矿山地形时存在的问题与解决措施。希望本文的研究能够为无人机倾斜摄影技术在测量矿山地形方面运用提供思路。

[1]宋宝民．无人机倾斜摄影在地形成图中的应用研究[J]．经贸实践,2017,20(10)：110-111．

[2]张玉侠,兰鹏涛,金元春,等．无人机三维倾斜摄影技术在露天矿山监测中的实践与探索[J]．测绘通报,2017,12(s1)：114-116．

[3]马静,石莹．浅谈倾斜摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用[J]．测绘标准化,2017,14(3)：46-48．