倾斜摄影测量技术在矿山地质测绘中的应用分析

封利根，晏敏敏

（1.江西省基础测绘院，江西 南昌 330000；2.新余市不动产登记中心，江西 新余 338000）

矿产资源勘查以及资源开发与利用过程中大比例尺地形图的应用极为广泛，不仅为探矿工程的准确定位奠定基础，更是资源储量估算不可缺少的部分。此外，大比例尺地形图含有详细的地形要素和地理信息等，在现代化三维矿山建设中占据重要地位。传统的地形测绘技术方法周期长、工作量大、成图效率低，逐渐被现代化新型测绘技术取代，尤其是无人机倾斜摄影技术的快速发展，实现了矿山快速成图、精度高、成本低的大比例尺地形图测绘目的。基于此，本文以某金属矿山大比例尺地形测量为例，分析该技术在矿山地形成图中的主要应用流程及注意事项，为推动该技术的快速发展奠定基础[1]。

1 倾斜摄影测量技术概述

无人倾斜摄影技术是一种先进的新型测量技术，在快速获取成果、模型构建以及数据采集等诸多方面都具备优势，在当前矿山地质测绘的过程当中需要强化倾斜摄影测量技术广泛运用。倾斜摄影测量技术是当前测绘领域中一种相对现代化的新型技术，通过利用多个传感器针对于同一对象完成快速数据采集工作，全方位地反映对象情况和面貌，通过使用倾斜摄影测量技术，弥补传统航拍技术缺陷和不足之处，有利于突破传统测量模式制约和限制，在获取信息方面更加高效，切实保障了数据测量工作的科学性和真实性。倾斜摄影测量技术可以从不同角度对于对象进行拍摄，还可以针对飞行器航拍高度以及速度等综合参数进行处理和记录。倾斜摄影测量技术包括了三大部分，主要是倾斜相机、POS系统以及飞行器。其中，飞行器主要作用就是搭载设备，并且按照预定方向进行飞行，通过利用飞行器可以实现航拍。其次POS系统针对于对象信息进行捕捉，并且可以记录飞行器飞行姿态以及空间坐标。最后，倾斜相机作用就是能够准确以及有效采集地面影像信息，切实保障信息可靠性、真实性。

图1 倾斜摄影测量原理图

倾斜摄影测量技术的相关内容分析倾斜摄影测量技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，其本质是利用同一飞行平台上搭载的多台采集图像的传感器从垂直、倾斜等不同角度来获得地面物体完整的信息，主要包括数据获取和数据处理2部分。数据获取部分一般包括1台垂直摄影相机和4台倾斜摄影相机，与GPS接收机、高精度IMU惯性系统进行高度集成。摄影相机用来获取影像信息，GPS、IMU分别获取位置和状态信息。数据处理部分，一般利用在系统中的集成定位信息、定姿设备拍摄的每张影像上的位置姿态信息进行影像数据的处理[2]。

2 倾斜摄影测量相关要求与影像采集

2.1 倾斜摄影测量技术要求

本次使用无人机型号为HO1300无人机，无人机中搭载南方测绘倾斜数字航空摄影相机，配置1台垂直五棱镜头和4台倾斜五棱镜头，配套安装动态GPS定位系统、飞行管理系统以及数据存储系统等辅助系统。无人机倾斜摄影测量技术对无人机的飞行状态要求较高，因此，在确定飞行计划时需要注意以下几点：①无人机飞行越平稳，所获得遥感影像质量越高，因此一般选择天气状况良好的气候条件下进行飞行航拍任务，根据测绘区域气象资料显示，选择每年5月～7月天气温和少雨的时间最佳；②在气候条件良好的情况下应充分考虑每天的气候变化，一般选择上午10时至下午4时展开飞行任务；③航向重叠度和旁向重叠度，应根据测绘区域地形地貌变化特征进行适当调整。

2.2 飞行参数以及影像预处理

矿山地形图测量比例尺为1：1000，飞机型号为HO1300无人机，设计飞行速度为70km/h，航线敷设方法为东西向敷设；相对飞行行高分为两部分，飞行子区块1的行高为350m，行子区块2的行高为300m；平均地面分辨率均为0.06m，设计航向和旁向重叠度均为75%。以上述基本参数展开飞行航拍任务，并及时检查每天所获影像数据质量，对不符合质量要求的影像数据进行重新补测。在完成航拍任务后进行影像数据的预处理，将所获倾斜影像反投影至建立的虚拟影像中，可有效的减少突出地面垂直物体的重影现象，提高影像数据的质量[3]。

3 倾斜摄影测量技术在矿山地质测绘中的应用优势

3.1 测绘作业数据采集方便

在矿山地质测绘的过程中，倾斜摄影测量技术得到了广泛的运用，与传统地质测绘技术相比，倾斜摄影测量技术具有显著优势。测绘作业的过程当中，数据收集和采集工作更加方便快捷，能够将被测对象外形特征实现客观化反映，能够提升测量的精度。倾斜摄影测量技术能够结合所生成的三维模型真实全面反映矿区的地形地貌，保障测绘工作高效化。

3.2 技术操作便利

在倾斜摄影测量过程中，无人机能够代替飞行平台，在技术人员控制的情况下合理地调节运动轨迹，利用软件对其进行处理，以构建立体模型产品，减少人工投入，节省更多的测量时间。另外，倾斜摄影测量技术性价比很高，有助于批量提取、贴纹理，减少地质建模的成本。

3.3 无需选取投影点

传统地质测绘技术相比于倾斜摄影测量技术存在诸多缺陷，传统地质测绘技术通常都需要选取投影点，而利用倾斜摄影测量技术则无需对投影点加以选取，可以根据航空摄影的规模成图针对于倾斜影像纹理批量加以提取，这样就能够明显地促使工作效率得到提高。目前使用倾斜摄影测量技术能够进一步强化空间管理和规划工作，相关的人员可以通过利用飞行器以及相应软件构建三维实体模型，进而满足矿企实际需求，能够发挥良好效果，值得推广与应用。

图2 像控点布设流程图

4 无人机倾斜摄影测量技术在矿山测绘中的应用

无人机倾斜摄影测量在矿山测绘实际应用中，为提升数据精度与可靠性，往往要布设一定数量的地面控制点，通过将外业采集的航飞影像与地面控制点标定，进行空三加密处理，然后将生产的DOM（数字正射影像）与DEM（数字高程模型）进行内业制图与外业调绘修正，基本流程如下。

4.1 地面控制测量

地面控制测量主要依赖于像片控制测量，是提高无人机倾斜摄影测量精度的有效措施。像片控制测量中最重要的环节就是像控点的布设，像控点布设不合理，可显著的降低影像数据的质量。在后期数据处理过程中空中三角加密测量过程中，虽然像控点密度对空中三角加密测量有一定的影响，但空中三角加密测量质量与完全依赖于像控点的布设密度，而与测绘区域的地形地貌变化幅度等关系较为密切。因此，为了提高无人机倾斜摄影测量工作效率以及影像数据处理质量，一般在地形变化幅度小的区域（如平原地区等）可适当的降低像控点布设密度，而在地形变化幅度较大的区域（高山峡谷地貌）可适当增大像控点布设密度。总体上，像控点的布设应注意以下几点：①像控点一般布设在容易识别的地物地貌上，即所布设的像控点必须是唯一的，不存在争议的，一般布设在地形变化较小的山头、田角等部位；②位于测绘区域范围以外的像控点的目的在于控制测量整个测绘区域；对于位于图幅边部的像控点一般布设在图框轮廓线以外；③位于航线两侧的像控点，一般布设在左右偏离半径小于半条基线长度的范围内；④植被发育的区域以及建筑物密布区域不易作为像控点的布设位置，上述部位因遮挡问题导致测量难度增高，甚至无法获得准确的地理位置；⑤像控点布设位置应尽可能避开大面积水域或者大功率敷设区域；⑥像控点一般布设在交通条件好和便于保存的位置，以便于后期控制测量使用。

4.2 空中三角加密处理

一般来说矿山地形变化较大，植被发育差异明显。因此，造成无人机倾斜摄影过程中所获影像数据中不可避免的存在拍摄“漏洞”，即所获影像数据中存在一定数量的“留白”，该部位的摄影质量是无法达到1：1000大比例尺地形图测量的基本要求。此时，需要对影像数据进行空中三角加密处理，利用航拍过程中无人机搭载的定位系统自动存储的POS数据中包含的方位元素对遮挡区域进行预测，可以有效的密布因遮挡等造成影像数据中的“留白”问题，显著的提高影像数据的精度。在完成空中三角加密处理后，可以获得测绘区域的加密校正成果等产品，可进一步生成DOM、DEM、DSM等产品。

4.3 内业数据采集与修补测

在进行数据采集之前需要对影像数据进行三维建模处理，这是由于三维建模是数据采集的基础，能够借助倾斜摄影测量自动批量建模软件对不同视角下的倾斜影像资料进行几何校正、平差处理以及多视角匹配处理等操作，进而获得能够反映测绘区域整体地形地貌特征的可视化三维倾斜模型。在上述操作的基础上借助配套的软件对测绘区域的地物地貌进行提取，即数据采集过程中，主要包括：①地物要素的采集，主要以人工处理为主，包括建筑物轮廓、控制点信息、建筑物外侧面边线等信息，能够显著的提高最终数据处理精度；②地貌要素的三维信息采集，主要借助数据处理软件自动化处理，主要包括测绘区域1：1000大比例尺等高线以及相应密度的高程注记点等信息的采集，后期经过人工手动整饰、取舍后可投入使用；③遮挡问题处理，对于遮挡严重的区域或者地形地貌有争议的区域进行标注，使用其他辅助测量方法进行补测、调绘等处理[4]。

5 结语

综上所述，无人机倾斜摄影测量技术具有精度高、成本低、成图快的特点，逐渐在矿山大比例尺地形测量中的应用越来越广泛。经过实际对比验证，采用无人机航测1：1000大比例尺图精度与全站仪测量结果对比，所获地形图的平面误差为5.2cm，高程注记点的误差为4.8cm，误差均在相应比例尺地形图误差范围内，说明使用无人机倾斜摄影测量获得的大比例尺地形图精度可靠，有助于推动数字矿山的建设步伐。