基于无人机三维建模技术在矿山中的应用

王翰钊

（河南测绘职业学院，河南 郑州 450000）

在矿产资源勘查和开发时会使用大比例尺地形图，不光可以准确地对工程进行定位，还可以对资源储量进行预估。并且大比例尺地形图中具有较为详细的地形要素和地理信息，在现代化的三维矿山建设中有着较高的地位。但是对于传统的地形测绘技术来说，其测绘时间较长，工作量比较大，成图率低，导致在信息时代中逐渐被新型测绘技术取代，尤其是无人机测量技术。使用的倾斜摄影测量技术能够将工作效率提升，快速成图，精准度更高，在成本较低的情况下测绘出大比例尺地形图，为矿山测绘带来更多的帮助。

1 无人机倾斜摄影测量技术及测量要求

1.1 无人机倾斜摄影测量技术

信息技术快速发展，促使无人机倾斜摄影测量技术广泛使用在矿山工程开发当中，能够为测绘工作提供技术上的支持。和传统的测绘技术进行对比，此项技术具有更加完善的功能，实用性也有所提升。在测量时，能够和无人机完美地结合，提升工作效率。并且还能够在环境较为恶劣的情况下完成测绘工作，精准度也比较高。在实际使用中，倾斜影像会呈现较多具体的信息，使用贴纹理的方式建立对应的模型，工作人员可以对其观察，全面地了解矿山信息。而不同点位一般代表着不同的空间坐标，这些坐标显示出测绘的矿山纹理[1]。此外，在此过程中工作人员还可以使用此项技术的配套软件，将其作用发挥出来，收集和传输数据的时候提升效率，实现自动化。再加上倾斜摄影测量技术的成本较低，操作更为方便等优势，受到了更多技术人员的关注，满足矿山测量的实际要求。

技术人员使用此项技术时，需要根据倾斜摄像机完成测绘的工作，这就说明此项技术的使用对设备要求比较高，尤其是镜头方面。对于摄像机来说，不同型号的镜头所呈现的精确度不同，所以在选择镜头时，操作人员需要根据矿山实际情况进行针对性地选择。而不同的图像所使用的摄影方式也并不相同，不管使用的是哪一种方式，在测量的时候均需确保像素达到3500w以上，此时才能够在测绘中获得更高精准度的图像。测量时，操作人员不要长时间使用一个标准进行像素的控制，应该保证所使用的技术能够符合现阶段的测量需求，并时刻更新升级技术。为了提升无人机飞行时间，一般会使用大容量的电池，避免在没有完成测量时便出现电量过低的情况，也可以保证飞行过程中不会受到周围环境的电磁干扰，减少故障的发生。如果是在特殊的条件下测量，无人机能够保证自身工作时间不少于九十分钟。并且在每一次进行测量工作之前，工作人员会对电池进行检测，保证工作可以顺利开展和进行。在平时也会做好设备维护工作，避免在使用时发生故障[2]。

1.2 技术要求

使用无人机倾斜摄影测量技术的时候，因为对无人机飞行有着较高的要求，所以在制定飞行计划和使用技术前应该注意以下几点问题：

首先，保证无人机可以平稳飞行。对于此项技术来说，无人机飞行得越平稳，那么获得的影像质量也会更高。所以在飞行时一般会选择较好的天气，这就要求提前观察矿山的气象资料，最好选择在5月到7月少雨的时间。

其次，重视气候的变化。在气候较为良好的环境下合理选择时间，一般为早上10点到16点进行工作。

最后，重叠度的调整。航向和旁向的重叠度应该根据所测量地区的地质变化和特征进行调整，保证所获得的数据和影像更为准确。

2 无人机倾斜摄影测量技术的优势

2.1 呈现多样化的数据

无人机倾斜摄影测量时能够在不同角度测量，最大程度上满足工作人员对于测绘的需求。在利用此种方式时减少了测量的次数，并且获得数据也更加的直观，这是传统测绘技术无法做到的一点，不能对矿山进行全角度的测量，获得更为准确的数据。而在使用倾斜摄影后，采集的单张影像都含有较多的数信息，让工作人员在不同的角度对矿山实际情况分析，让数据多样化地呈现出来，掌握具体的信息和状态，解决了传统技术测量结果局限性的问题。

2.2 展示更加直观的信息

传统技术一般为直拍，倾斜摄影技术在拍摄的时候多个角度地呈现矿山具体地质情况，让工作人员根据图像了解矿山，也可以分析其中获得的数据信息。并且使用此项技术所形成的三维模型，为后续开采时选择技术和确定注意事项奠定基础。除此之外，还可以准确的显示矿山的总体面积和长度等，让开采团队的施工效率有所提升，降低人力的投入。

2.3 测绘水平更高

使用技术的时候，会对所处地区周围的情况进行一定的了解和监测，监测后得到的数据信息做预处理的工作，找到错误并将其消除。并且在预处理之后会将信息传入到对应的系统中，分析计算，得到更为准确的测绘信息。这种自动化的测绘流程和技术能够减少因为人工因素出现错误的情况，并将人力资源消耗降低，提升测绘的水平。

2.4 提升开采工作效率

利用无人机倾斜摄影测量技术，最大的优势就是将工作的效率提升，主要为以下几方面内容：第一，在实际使用中，工作人员可以通过所获得的信息确定矿山开采可能出现的风险，提出解决措施并对其有效规避，减少安全事故的发生；第二，和传统的技术进行对比，此项技术获得的信息更加准确，信息量也更大，三维成像技术将矿山信息更加具体的展示在人们的眼前，根据这些数据可以对矿山的开采做出一个更为详细的规划，让其在开采中有较强的科学性；第三，在无人机倾斜摄影测量技术不断发展中已经和高分辨率拍摄技术有效地结合，能够提供更为清晰却具有较高重叠度的矿山图像，开采计划更加完善，最终提升开采工作的效率。

2.5 减少测绘成本

无人机倾斜摄影测量技术还可以在使用当中节约技术和人力成本。实际测量时，自动化技术的使用降低人工成本的同时将精准度提升，避免进行较为复杂的建模工作。而在传统的测绘中，需要工作人员对其测量，此时可能会出现数据资料丢失的情况，测量所得数据精准度也不是很高，这就会出现数据偏差，影响较大。使用无人机之后，利用通信网络将所测量的数据传输和保存，在第一时间上传数据，实现数据共享。所以这种技术对于矿山测绘来说，节省了人工和技术上的成本，满足测量信息的需求[3]。

2.6 提供矿山管理依据

对于管理人员来说，在使用此种技术之后所获得的高清图像和多种类型的数据能够成为分析矿山地形特点和地势的依据，掌握更多和矿山相关的情况，从而在进行矿山开采程度和范围管理与研究工作中有更多的资料和依据，能够起到保护生态环境和合理开垦矿山土地的作用，也将管理工作效果提升。

3 无人机倾斜摄影测量技术在矿山测绘中的应用

无人机倾斜摄影技术在实际测量的过程中可以为矿山开采工作提供更为全面的数据和信息，让矿山的质量检测满足人们对其方面的要求。而此项技术在使用时可以对矿山周围的环境准确的拍摄和检测，明确其中出现的问题，保证施工的时候减少外界因素对其产生的影响，将勘查工作的质量和效率提升。飞行的时候进行低空拍摄，直接呈现所需要的数据信息，实现现场管理和控制，并将矿石安排在更加合理的位置当中，减少局部超载情况的发生，对地层影响较小。此种技术满足矿山开采的要求，所以应该广泛使用。

3.1 使用技术测绘前规划准备工作

在对矿山开采之前，工作人员需要对矿山的整体情况有一个详细的了解，此时就会开展测绘工作，收集数据和勘查，制定更为合理的开采方案。无人机倾斜摄影测量技术使用在方案设计中，能够让无人机到海拔较高和复杂地形地貌等位置收集数据，并将其传输到计算机当中绘制出矿山的地形图，最终完成具有高精准度的测绘工作。而在这之前需要做好实地考察的工作，保证测绘功能可以顺利开展。工作人员需要确定测量矿山的范围，并且使用无人机来进行试拍，调节分辨率和选择镜头，让其能够得到高质量的影响。此外，为了避免所获得信息不全的情况发生，应该将确定拍摄的范围扩大，确保后期的开采工作能够正常进行。

之后需要确定矿山的航拍的路线。在完成确定测绘范围并获得实际的信息之后，需要将所有的信息整合和分析，使用无人机控制软件，将拍摄的分辨率以及航拍的高度等数据填入其中，让软件生成无人机拍摄路线，保证全方位地对周围进行拍摄。最后做好飞行前的测试工作。工作人员需要使用无人机倾斜摄影测量技术进行测量前的飞行等测试工作，在无人机上安装倾斜和垂直角度的传感器，并在试飞的时候整理所获得的数据，将其记录下来，分析飞行的质量，确定是否使用此种飞行模式。总体来说，工作人员需要在测试中明确飞行和拍摄的方向以及角度等，并将获得的数据使用对应的软件做好处理工作的测试，查看其是否可以获得准确的数据，为之后的测量工作夯实基础。

3.2 相片控制测量

相片控制测量和地面控制测量有着较大的联系，也是将无人机倾斜摄影测量的精准度提升的关键。在相片控制测量中，像控点的布设十分重要，如果没有合理的布设会降低影像的质量，并且在处理的时候使用空中三角加密测量技术也会对其产生一定的影响。虽然产生影响，但是控制三角加密测量的数据质量和像控点的布设密度关联较大，也和测量地区的地形地貌的变化相关。所以在测量的时候，为了将无人机的工作效率以及影像数据处理的质量提升，会根据所处地区的地形来确定像控点布设的密度，如平原地区的密度可以降低，而在高山峡谷当中需要增加布设的密度。进行像控点布设的时候应该明确以下几点内容[4]：①根据测绘地区的地形地貌将其划分为多个地区进行测绘，并将像控点布置在图轮廓线之外的位置上。一般情况下，航向的基线不能少于一条，旁向应该大于100m；②确定航线控制点的时候，其两段的控制点偏离半径长度应该是基线的一半；③认真分析周围的地形地貌，并选择对应的像控点。选择的时候确定所有工作人员没有任何的争议，地区也容易识别，例如周围有明显的建筑物或者植物等；④像控点如果位于山头的位置，应该选择没有较大地形变化或者是平头的山，此时能够将测量的精准度提升；也需要选择像控点高度变化范围比较小的地区，提升精准度；⑤像控点一般不会设置在植被较多的区域或者是建筑物拐角的位置，这些地方很容易遮挡视线，无法获得更为准确的数据；⑥像控点一般会选择有较大面积的水域，也应该选择交通便利和信号强的地方，这样可以让所获得的数据更为良好的保存。

3.3 空中三角加密测量技术

使用无人机获得矿山影像资料之后，应该做好数据预处理的工作，如就整资料和旋转、增光等。完成这些工作后，还应该使用空中三角加密技术进行测量。虽然无人机倾斜摄影测量技术能够将垂直摄影技术进行完善，但是也只能够获得垂直方向的影像。除了这一点，在使用这项技术的时候可能会受到周围建筑物或者高大树木的影响，从而导致测量的时候出现盲区。而在使用空中三角加密技术之后，可以进行多个角度的拍摄，获得全方位的数据，并提升准确性，减少测绘中的盲区。并且航拍的时候自动储存信息数据并对其结算，获得更高精准度的测量结果。

3.4 建立三维数据模型和采集数据。

多角度倾斜影像中的操作，如联合平差、几何校正等均是建立三维数据模型需要的技术，通过这些技术的使用将可视化的三维倾斜模型建立出来。建立完成后使用软件进行处理，明确所测绘区域的数据信息，让工作人员对周围实际情况有更多地了解。而在采集数据的时候主要分为以下三点内容：首先，一般会使用人工手动来完成地物要素的采集测绘工作，例如像控点的确定以及建筑物等，均需要手动拍摄，这样能够将数据信息的准确性提升；其次，在地貌要素三维信息自动提取工作中，主要包括测绘区域和高程注记点等工作，这些工作均需要使用对应的平台对数据处理。此过程应该在使用之前让工作人员进行调整和测试，保证能够在后期投入使用；最后，处理要素遮挡的情况。为了将测绘的精准度提升，应该对所获得的资料信息中出现遮挡的部位做好补测的工作，保证获得全方位的数据信息[5]。

3.5 外业测绘和补测

无人机获得测绘信息之后，工作人员需要对获得的结果进行评估和分析，明确其准确性。需要根据检查点的结果确定准确性，所以航拍时所获得信息均需要处于检测点合格的状态中，并检查完成的程度，在符合要求的情况下才可以将这些数据使用。相关研究发现，在使用无人机倾斜摄影技术的时候，很容易在拍摄时出现盲区，一般情况下，如果是有植物或者是建筑物遮挡的地方很难获得较为准确的影像资料。所以应该进行内业处理时将与之有关的地区标记出来，保证能够在测量完毕之后做好补测的工作。并且在标注高程的时候，还应该保证标注不正确的区域重新测量，便于后期进行外业调查和补测的工作，此时才可以将测绘结果的准确性提升。

4 展望

在多次的研究和实践当中可以发现，无人机倾斜摄影测量技术实际使用的时候可以提升获得矿山周围数据信息的速度。所包含的测绘区域的地物信息能够建立成三维模型，让工作人员根据模型制定矿山开发计划，为其开发等工作提供更为准确的数据资料。而在信息技术不断完善和研究中，数字化技术的研究方向已经成为了测绘技术发展的新方向。在测绘工程中，合理地融入智能化系统，让工作人员根据工程实际情况绘制所需要的图纸和计划，提升测绘工程的效率。此时还可以减少员工的工作量，降低人工成本，这对于企业来说意义重大，也是之后研究的主要方向[6]。

也就是说，在无人机倾斜摄影测量技术当中，智能化是其未来发展的主要趋势。在客观角度分析，智能化的技术能够满足人们各方面的需求，并且将自身的作用发挥出来。使用在测绘工作中，智能化系统收集和整理相关信息，发现误差较大时及时给出提示，让操作人员在发现问题并解决，也可以重新进行测绘，保证数据更加准确，为之后的开采工作打下基础。

5 结语

总体来说，矿山开采之前需要进行测绘工作，而传统的测绘技术工作效率较低，也没有较高的精准度。无人机倾斜摄影测量技术能够减少人工因素对数据精准度的影响，并且使用智能化技术加快工作的速度，让测绘工作更为顺利地开展，获得准确的数据信息，为之后开采矿山提供帮助，促进矿山企业的发展。