无人机倾斜摄影测量在露天矿山监测中的应用研究

韦小儒

（广西壮族自治区地理信息测绘院，广西 柳州 545006）

无人机倾斜摄影技术的诞生，开辟了测绘行业的新篇章。采用无人机倾斜摄影测量技术对露天矿山进行监测，可以快速获取高分辨率、高精度、直观的实景三维模型数据，在实景三维模型数据上进行GIS分析，能够精确计算出露天矿山开采量、开采深度、开采范围等重要数据，结合采矿权登记及图件信息进行比对，可以判断露天矿山是否越层、越界、超量开采，对矿产资源开采做到事前、事中、事后监管，增加了的矿产资源监管模式，有效的避免了矿产资源开发利用违法违规行为的发生，更好的保护好矿产资源和环境。

1 无人机倾斜摄影测量概述

1.1 倾斜摄影技术

近年来，斜摄影是在高新技术领域发展起来的摄影测量技术，通过技术从垂直和四个角度倾斜五个不同的同步采集图像的角度，在建筑的顶部和高分辨率的纹理方面变得丰富。它不仅能准确地反映地面物体的情况，而且能高精度地获取物体的纹理信息。它还可以通过先进的定位、融合、建模和其他技术来生成真实的3d模型。

1.2 无人机倾斜摄影测量系统组成

1.2.1 自驾及惯导系统

航飞自驾及惯导系统，简称飞控。主要包括，陀螺仪，加速计，地磁感应，GPS模块及控制电路，主要功能就是自动感知无人机飞行姿态，控制飞行路线。

1.2.2 倾斜摄影相机

倾斜摄影相机通常由一个垂直和四个倾斜五个不同的视角高像素面阵数码相机组成，以一定角度安装在云台上。斜置摄像头包括一个较低的摄像头、一个前视摄像头、一个后视摄像头、一个左摄像头和一个右摄像头，摄像头是垂直的，前置摄像头、后置摄像头、左摄像头和右摄像头都是倾斜的。用于获取地物侧面纹理影像，倾斜角度在15°~45°之间。

1.2.3 云台

云台是安装、固定摄像机的支撑设备，可以减少飞行过程中由于无人机飞行姿态对相机拍摄角度影响。

1.2.4 地面控制系统

地面控制系统，通常包括电脑、信号传输系统和手动控制系统。

1.2.5 其他设备

包括发射架，车辆，降落系统等。

2 无人机倾斜摄影测量的工作流程

通过无人机倾斜摄影获得影像数据，开展外业像片控制测量，进行空中三角测量，完成实景数据建模工作，以此为基础，制作数字表面模型（DSM）、数字高程模型（DEM）、真数字正射影像图（TDOM），并对实景建模成果进行精细化处理，得到三维实景模型成果。总体工作流程如图1所示。

2.1 资料收集与分析

收集近期拍摄的项目区DOM影像数据，作为技术设计、外业踏勘和控制点布设的工作底图；收集项目区范围内近期施测的卫星定位等级点，用于测区像控测量。

2.2 航空倾斜摄影

项目区域导入无人机控制软件。根据项目决议的要求，通过增加高海拔高度和重叠度等参数来制定飞行计划，通过无人机飞行平台搭载倾斜相机，实施航飞。

2.3 像控测量

通过选型和室外地板的标点组合选择相结合，相点布局需要满足无人机低空摄影测量的要求，合理布置分阶段，检查精度，相位控制点由CORS网络RTK测量，每个点的平均值作为相位控制点的坐标结果。

图1 无人机倾斜摄影测量的总体工作流程

2.4 空中三角测量

利用获取的高分辨的地物多视角多方位影像和地面控制点数据，将影像POS数据作为影像初始外方位元素，运用专业软件的基于图像密集匹配技术运算功能，提取大量连接点，实现POS辅助连接点自动量测、控制点预测区域网平差，通过对倾斜摄影的空中三角测量，获得了各条带的准确异物。

2.5 三维实景建模

以倾斜摄影像片、像控成果为基础数据，结合已有空三加密成果，利用实景建模软件，经创建工程，数据预处理、控制点处理、多视匹配模型架构、纹理映射等过程，最终输出三维实景模型成果。

2.6 DSM、DEM和TDOM的制作

利用垂直图像、倾斜图像数据和空中三角测量来测量加密结果，在专业软件中，根据图像相关匹配，构建高密度特征点云，生成DSM数据；基于空三加密的结果，利用密集匹配点云生成测试区域的三维点云数据，并基于点云数据生成DEM；利用数字表面模型（DSM），通过数字微分校正技术，对原图像的几何畸变进行校正，并对整个区域进行重采样，得到完全垂直投影的影像图，即真正射影像(TDOM)。

3 无人机倾斜摄影测量在露天矿山监测中的应用

通过无人机倾斜摄影测量可以同时获得高分辨率的真正射影像（TDOM）和三维实景模型，管理者可以清晰直观地观察露天矿开采情况，制定相应的管理措施。

3.1 开采范围监测

矿区的监测主要集中在露天矿坑的采矿区和是否超过矿区。在无人机倾斜测量中，可以得到高分辨率的真实投影图像(TDOM)数据和高分辨率的三维现实模型数据。在TDOM取得的成果中，可以通过开采露天矿边界线的开采，直接看到项目区域和地形的整个范围，以及采矿权证书矿区的拐点坐标的附件叠加比较，确定是否跨境开采，如果越界，可在软件中对越界部分进行平面量测，量算出越界开采面积等数据，为矿山开采范围监管提供证据（如图2所示，红线区域为采矿许可范围，黄线区域1、2、3处为越界开采范围）。目前，无人机测量平面精度可达厘米级，大大提高了矿区监测精度。

图2 矿山越界开采监管示意图

3.2 动态储量监测

一是在本文采用三维扫描软件对软件中的垂直三维模型进行了测量，并进行了计算。在三维模型上进行倾斜测量，对矿山开采过程进行动态监测，为露天矿的管理提供直观、准确、及时、有效的数据支持。

二是可根据两次无人机倾斜摄影测量得到的露天矿山DEM数据，在GIS软件中，利用网格区域的统计工具来计算不同的参数。对露天矿山动态储量进行监测。无人机倾斜摄影测量得到的DEM精度较高，点云密度较大，反映露天矿开采情况，计算精度较高，满足露天矿山动态储量监测的要求。

4 结语

倾斜摄影测量可以从多角度观察地物，更加真实的反映地物的实际情况，弥补基于正射影像应用的不足。在倾斜摄影测量的基础上采用了先进的定位技术，嵌入了精确的地理信息，可以直接通过支持软件对图像的高度、长度、面积、体积等进行测量，大大扩展了遥感图像的应用领域，能够有效的解决露天矿山监测中传统测量成本高、周期长，数据采集难度大、不精确等问题。

[1]张玉侠．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,（增刊）．

[2]王琳等．无人机倾斜摄影技术在三维城市建模中的应用[J]．测绘与空间地理信息，2015，（12）．

[3]顾广杰等．无人机倾斜摄影测量技术在应急测绘保障中的应用[J]．测绘通报，2017，(增刊）.

[4]张敏峡等．基于无人机低空摄影测量技术的露天矿山开采监测研究[J]．世界有色金属，2016，(9)．

[5]赵永刚．无人机航测在矿山测绘中的运用[J]．中国高新技术企业，2015，（7）.

[6]陈钊等．柳州市倾斜摄影采集及时空数据建库项目技术设计书[R]．广西壮族自治区地理信息测绘院，2017.