无人机倾斜摄影测量方法在矿山中的运用
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作者:张继业
摘 要：无人机倾斜摄影具有较高的分辨率与图像重叠度，为了克服传统矿山地形测量方法不足之处，可以在平稳地线进行矿山地形测量。此种方法不仅将测量成本降低，提高结果准确度，还能确保工作人员人身安全，具有积极的推广价值。基于此，本文将分析无人机倾斜摄影测量技术的概念，并探究其应用措施，旨在提高矿山地形测量的精准度。
关键词：无人机 倾斜摄影测量法 矿山 应用
中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）07（c）-0045-02
无人機的倾斜摄影测量法主要是通过无人机作为航摄平台，利用不同航摄传感器的搭载，对地面倾斜与垂直角度进行多方面扫描或而为相片传送到运输局之中，分析制作获取的多光谱影响、DSM与DLG数据、正射影像等，还可以与记载POS数据等矢量数据相结合，创建地貌与地物的三维模型。经常在矿山中应用，可快速形成三维模型，提高了矿山绘测效果。
1 无人机倾斜摄影测量技术概念
1.1 无人机技术
无人机主要是指无人驾驶的飞机，其可搭载多种不同的传感器，属于航空器的一种，由无线电遥控设备与自主计算机编程系统所构成，在其上依据不同需要安装导航设备与自动驾驶装置，此飞行平台可遥控控制。通常无人机使用玻璃钢与炭纤维等复合材料，保证实现无人机飞行的要求。绘测行业中，无分机分为两种，即多旋翼与固定翼，多旋翼操作通常为八旋、六旋以及四旋，可以定点悬停、垂直起降，操作十分便捷。但是其效率较低，飞行速度慢，航时短，而固定翼无人机则具有高速度、航时长、高效率的优点，但是多为弹射起降或滑行，对于操控技能与起降场地具有较高的要求，若是在山区城镇等特殊地形中使用，则不能保证飞行安全[1]。
1.2 倾斜摄影测量技术
近几年中，开发出新的技术，以期实现山区遥感，使用传感器通过相同平台从不同角度，或倾斜或垂直观察，从而得到更加准确完整的信息，垂直平面中图像称其为正电子图像，地面与镜头方向之间存在一定的角度进行拍摄的方法叫做斜射，此种方法在无人机上应用，主要是为了制作更加真实、直观的模型。而为了让无人机实现此技术，让设计的模型更加现实直观，可以利用5个不同视角处理同一结构程序，则集遥感技术、无人机技术、GPS查分技术、实时通信技术、POS定位定向技术等技术得到空间地理信息，通过后台处理数据构成新测绘技术，及时建模。
2 无人机倾斜摄影测量方法在矿山中的应用
无人机倾斜摄影技术应用于矿山中，主要是通过校验相机、数据结算、建模实现矿山影响的三维建模，显示三维场景。不仅能够将被测矿山的实际情况反映出来，还能结合先进的定位系统得到矿山精准的地理位置，弥补传统矿山测量地形时三维建模的不足之处[2]。此种模型是参数化技术与摄影技术结合构建，最后利用云数据滤波测量制作出矿山的地形图。
2.1 前期调查
矿山拍摄中首先对拍摄范围进行确定，为了避免在拍摄过程中出现数据缺失或不足的问题，可以将拍摄范围扩大。还应当在调查前期确定信息分辨率等。
2.2 设备选择
2.2.1 无人机要求
无人机整体载重量超过2kg，电池若是动力续航则时间超过30min，如哟是内燃机动力续航则时间超过1h。多旋翼无人机航速约为6m/s，而固定翼无人机航速约为10m/s，需要达到4级风速的抗风性，升限则在1000m之上，海拔高度约为3000m[3]。
2.2.2 倾斜相机性能
无人机航测中，标准航空摄影相机超过3500万美元，倾斜像素摄影不能限制一个相机，但是可以控制一个显示图像，若是项目要求，则可以倾斜图像，触碰样本，而操作时间、电池寿命、曝光时间等如下。
一次倾斜摄影采集像素要求越高越好，同时也需要考虑设备成本，镜头单个像素应超过2000万，而曝光一次像素则高于1亿。作业时间需要则90min之上，最好能够实现全天作业，还需要有定点曝光的能力，以此满足影像重叠的需求。
2.3 计划航线
前期调查之后，需要合并整理数据，制作出详细的矿山数据图，结合无人机控制软件，提出三维立体条件分辨率等加入航拍、画面重叠等参数需求，设定航拍的航线。航高主要是以地面分辨率进行高度数据确定
计算公式为：
其中，相对飞行高度为h;向元尺寸为a;镜头焦距为f;地面分辨率为GSD。
航摄重叠度则依据航空标准摄影标准为准，60%～80%为通常平行方案，不是53%，15%～60%为重点集中水平部位。若是无人机进行摄像倾斜，不能只依靠侧翼，不管横交叉点与汇率是否相交，以算法为主则66.5%为佳。
2.4 外业航拍
在同一平台上搭载传感器6台，从不同角度进行拍摄，其中垂直角度1个，倾斜角度5个，矿山地形拍摄中，还需要将与其相关的各项数据参数等记录好，如航拍方向、拍摄高度、矿山坐标、重叠度等，整理分析数据，定位技术与无人机拍摄结合，不仅将拍摄地真实情况反映出来，还能得到矿山位置与更多信息。
像片控制点的布设中，选择的图像目标要清晰、容易穿刺识别。布局控制点中，应当为5-6图像重叠与侧面范围之中，共享尽可能多的通知点，以试验区区域网及地形条件布局，区域网大小通常在基线12条与线路8条，以区域网为中心围绕其布局，通常情况下每平方公里均匀分布一点。 区域网络中则尽量选择左右线路重叠的图像控制点，统一相邻区域网。矿山测量中会受到地形的影响，出现凹性与凸性，可在凸角部位增加另外的控制点，以此满足所有点中平面坐标与高程坐标点精度，矿山的每个测量区域至少有额外观测点两个，成为冗余观测模型建设的精度坐标。
像片控制点选择中，0.1mm为图像控制点精度标准，在图像清晰地物点上作为点位选择。通常而言，其在较小的现行地面相交位置选择，较好的相交角度，地面中心物体图像低于0.2mm，交叉角、电弧特性、影子角度在30°以下的现行特性不能成为目标。
低标高变化目标为图像控制点，其在相邻图像中应当十分清晰，选择统一偏好，同一测区中编号不能重复。如，平高相片流水编号P001、P002等。
2.5 数据分析处理
矿山地形测量后需要利用检查点对其检测，检查点准确度将决定结果准确度，其中包含焦距、航摄面积、影像分辨率、最大高差、相对航高、作业时间、重叠度等。
将无人机采集相片数据、地面相控点、POS数据、绝对定向、相对定向、平差、点云数据、空三加密等处理，构建三维模型，通过处理正射影像，高分辨率输出具有真实纹理的三角网格模型[4]。三维网模型的输出可以将建模主体精细准确的复原出其几何形态、真实色彩、细节构成等。裸眼旋转三维模型对地物位置类型进行确认，勾勒地物加上外业调汇，从而绘制出线划地形图，比例为1：2000，0.2m为地面分辨率。
3 结语
总之，矿山地形测量中，无人机倾斜摄影测量方法的应用越来越广泛，管理人员可利用其分辨率较高的特点实现矿山开采力度、开垦土地、排水系统等方面的控制，保护矿山的环境，制定出相应的矿山管理标准，推动矿山相关产业的进一步发展。
参考文献
[1] 宋小平.无人机倾斜摄影测量技术在矿山治理中的应用分析[J].世界有色金属，2019（6）：41-43.
[2] 李少军.淺析无人机倾斜摄影测量方法在矿山中的应用[J].中国金属通报，2018（5）：57-58.
[3] 吕剑.无人机倾斜摄影测量在矿山地质环境调查中的应用[J].地矿测绘，2019，35（1）：39-41.
[4] 马存富.基于无人机倾斜摄影技术矿山地形精准测量方法[J].世界有色金属，2018（3）：15-16.
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