張繼業(yè)

摘 ? 要：無(wú)人機(jī)傾斜攝影具有較高的分辨率與圖像重疊度，為了克服傳統(tǒng)礦山地形測(cè)量方法不足之處，可以在平穩(wěn)地線進(jìn)行礦山地形測(cè)量。此種方法不僅將測(cè)量成本降低，提高結(jié)果準(zhǔn)確度，還能確保工作人員人身安全，具有積極的推廣價(jià)值。基于此，本文將分析無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的概念，并探究其應(yīng)用措施，旨在提高礦山地形測(cè)量的精準(zhǔn)度。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī) ?傾斜攝影測(cè)量法 ?礦山 ?應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（c）-0045-02

無(wú)人機(jī)的傾斜攝影測(cè)量法主要是通過(guò)無(wú)人機(jī)作為航攝平臺(tái)，利用不同航攝傳感器的搭載，對(duì)地面傾斜與垂直角度進(jìn)行多方面掃描或而為相片傳送到運(yùn)輸局之中，分析制作獲取的多光譜影響、DSM與DLG數(shù)據(jù)、正射影像等，還可以與記載POS數(shù)據(jù)等矢量數(shù)據(jù)相結(jié)合，創(chuàng)建地貌與地物的三維模型。經(jīng)常在礦山中應(yīng)用，可快速形成三維模型，提高了礦山繪測(cè)效果。

1 ?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)概念

1.1 無(wú)人機(jī)技術(shù)

無(wú)人機(jī)主要是指無(wú)人駕駛的飛機(jī)，其可搭載多種不同的傳感器，屬于航空器的一種，由無(wú)線電遙控設(shè)備與自主計(jì)算機(jī)編程系統(tǒng)所構(gòu)成，在其上依據(jù)不同需要安裝導(dǎo)航設(shè)備與自動(dòng)駕駛裝置，此飛行平臺(tái)可遙控控制。通常無(wú)人機(jī)使用玻璃鋼與炭纖維等復(fù)合材料，保證實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)飛行的要求。繪測(cè)行業(yè)中，無(wú)分機(jī)分為兩種，即多旋翼與固定翼，多旋翼操作通常為八旋、六旋以及四旋，可以定點(diǎn)懸停、垂直起降，操作十分便捷。但是其效率較低，飛行速度慢，航時(shí)短，而固定翼無(wú)人機(jī)則具有高速度、航時(shí)長(zhǎng)、高效率的優(yōu)點(diǎn)，但是多為彈射起降或滑行，對(duì)于操控技能與起降場(chǎng)地具有較高的要求，若是在山區(qū)城鎮(zhèn)等特殊地形中使用，則不能保證飛行安全[1]。

1.2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

近幾年中，開(kāi)發(fā)出新的技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)山區(qū)遙感，使用傳感器通過(guò)相同平臺(tái)從不同角度，或傾斜或垂直觀察，從而得到更加準(zhǔn)確完整的信息，垂直平面中圖像稱(chēng)其為正電子圖像，地面與鏡頭方向之間存在一定的角度進(jìn)行拍攝的方法叫做斜射，此種方法在無(wú)人機(jī)上應(yīng)用，主要是為了制作更加真實(shí)、直觀的模型。而為了讓無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)此技術(shù)，讓設(shè)計(jì)的模型更加現(xiàn)實(shí)直觀，可以利用5個(gè)不同視角處理同一結(jié)構(gòu)程序，則集遙感技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)、GPS查分技術(shù)、實(shí)時(shí)通信技術(shù)、POS定位定向技術(shù)等技術(shù)得到空間地理信息，通過(guò)后臺(tái)處理數(shù)據(jù)構(gòu)成新測(cè)繪技術(shù)，及時(shí)建模。

2 ?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量方法在礦山中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于礦山中，主要是通過(guò)校驗(yàn)相機(jī)、數(shù)據(jù)結(jié)算、建模實(shí)現(xiàn)礦山影響的三維建模，顯示三維場(chǎng)景。不僅能夠?qū)⒈粶y(cè)礦山的實(shí)際情況反映出來(lái)，還能結(jié)合先進(jìn)的定位系統(tǒng)得到礦山精準(zhǔn)的地理位置，彌補(bǔ)傳統(tǒng)礦山測(cè)量地形時(shí)三維建模的不足之處[2]。此種模型是參數(shù)化技術(shù)與攝影技術(shù)結(jié)合構(gòu)建，最后利用云數(shù)據(jù)濾波測(cè)量制作出礦山的地形圖。

2.1 前期調(diào)查

礦山拍攝中首先對(duì)拍攝范圍進(jìn)行確定，為了避免在拍攝過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失或不足的問(wèn)題，可以將拍攝范圍擴(kuò)大。還應(yīng)當(dāng)在調(diào)查前期確定信息分辨率等。

2.2 設(shè)備選擇

2.2.1 無(wú)人機(jī)要求

無(wú)人機(jī)整體載重量超過(guò)2kg，電池若是動(dòng)力續(xù)航則時(shí)間超過(guò)30min，如喲是內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力續(xù)航則時(shí)間超過(guò)1h。多旋翼無(wú)人機(jī)航速約為6m/s，而固定翼無(wú)人機(jī)航速約為10m/s，需要達(dá)到4級(jí)風(fēng)速的抗風(fēng)性，升限則在1000m之上，海拔高度約為3000m[3]。

2.2.2 傾斜相機(jī)性能

無(wú)人機(jī)航測(cè)中，標(biāo)準(zhǔn)航空攝影相機(jī)超過(guò)3500萬(wàn)美元，傾斜像素?cái)z影不能限制一個(gè)相機(jī)，但是可以控制一個(gè)顯示圖像，若是項(xiàng)目要求，則可以?xún)A斜圖像，觸碰樣本，而操作時(shí)間、電池壽命、曝光時(shí)間等如下。

一次傾斜攝影采集像素要求越高越好，同時(shí)也需要考慮設(shè)備成本，鏡頭單個(gè)像素應(yīng)超過(guò)2000萬(wàn)，而曝光一次像素則高于1億。作業(yè)時(shí)間需要?jiǎng)t90min之上，最好能夠?qū)崿F(xiàn)全天作業(yè)，還需要有定點(diǎn)曝光的能力，以此滿(mǎn)足影像重疊的需求。

2.3 計(jì)劃航線

前期調(diào)查之后，需要合并整理數(shù)據(jù)，制作出詳細(xì)的礦山數(shù)據(jù)圖，結(jié)合無(wú)人機(jī)控制軟件，提出三維立體條件分辨率等加入航拍、畫(huà)面重疊等參數(shù)需求，設(shè)定航拍的航線。航高主要是以地面分辨率進(jìn)行高度數(shù)據(jù)確定

計(jì)算公式為：

其中，相對(duì)飛行高度為h;向元尺寸為a;鏡頭焦距為f;地面分辨率為GSD。

航攝重疊度則依據(jù)航空標(biāo)準(zhǔn)攝影標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)，60%～80%為通常平行方案，不是53%，15%～60%為重點(diǎn)集中水平部位。若是無(wú)人機(jī)進(jìn)行攝像傾斜，不能只依靠側(cè)翼，不管橫交叉點(diǎn)與匯率是否相交，以算法為主則66.5%為佳。

2.4 外業(yè)航拍

在同一平臺(tái)上搭載傳感器6臺(tái)，從不同角度進(jìn)行拍攝，其中垂直角度1個(gè)，傾斜角度5個(gè)，礦山地形拍攝中，還需要將與其相關(guān)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)等記錄好，如航拍方向、拍攝高度、礦山坐標(biāo)、重疊度等，整理分析數(shù)據(jù)，定位技術(shù)與無(wú)人機(jī)拍攝結(jié)合，不僅將拍攝地真實(shí)情況反映出來(lái)，還能得到礦山位置與更多信息。

像片控制點(diǎn)的布設(shè)中，選擇的圖像目標(biāo)要清晰、容易穿刺識(shí)別。布局控制點(diǎn)中，應(yīng)當(dāng)為5-6圖像重疊與側(cè)面范圍之中，共享盡可能多的通知點(diǎn)，以試驗(yàn)區(qū)區(qū)域網(wǎng)及地形條件布局，區(qū)域網(wǎng)大小通常在基線12條與線路8條，以區(qū)域網(wǎng)為中心圍繞其布局，通常情況下每平方公里均勻分布一點(diǎn)。

區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中則盡量選擇左右線路重疊的圖像控制點(diǎn)，統(tǒng)一相鄰區(qū)域網(wǎng)。礦山測(cè)量中會(huì)受到地形的影響，出現(xiàn)凹性與凸性，可在凸角部位增加另外的控制點(diǎn)，以此滿(mǎn)足所有點(diǎn)中平面坐標(biāo)與高程坐標(biāo)點(diǎn)精度，礦山的每個(gè)測(cè)量區(qū)域至少有額外觀測(cè)點(diǎn)兩個(gè)，成為冗余觀測(cè)模型建設(shè)的精度坐標(biāo)。

像片控制點(diǎn)選擇中，0.1mm為圖像控制點(diǎn)精度標(biāo)準(zhǔn)，在圖像清晰地物點(diǎn)上作為點(diǎn)位選擇。通常而言，其在較小的現(xiàn)行地面相交位置選擇，較好的相交角度，地面中心物體圖像低于0.2mm，交叉角、電弧特性、影子角度在30°以下的現(xiàn)行特性不能成為目標(biāo)。

低標(biāo)高變化目標(biāo)為圖像控制點(diǎn)，其在相鄰圖像中應(yīng)當(dāng)十分清晰，選擇統(tǒng)一偏好，同一測(cè)區(qū)中編號(hào)不能重復(fù)。如，平高相片流水編號(hào)P001、P002等。

2.5 數(shù)據(jù)分析處理

礦山地形測(cè)量后需要利用檢查點(diǎn)對(duì)其檢測(cè)，檢查點(diǎn)準(zhǔn)確度將決定結(jié)果準(zhǔn)確度，其中包含焦距、航攝面積、影像分辨率、最大高差、相對(duì)航高、作業(yè)時(shí)間、重疊度等。

將無(wú)人機(jī)采集相片數(shù)據(jù)、地面相控點(diǎn)、POS數(shù)據(jù)、絕對(duì)定向、相對(duì)定向、平差、點(diǎn)云數(shù)據(jù)、空三加密等處理，構(gòu)建三維模型，通過(guò)處理正射影像，高分辨率輸出具有真實(shí)紋理的三角網(wǎng)格模型[4]。三維網(wǎng)模型的輸出可以將建模主體精細(xì)準(zhǔn)確的復(fù)原出其幾何形態(tài)、真實(shí)色彩、細(xì)節(jié)構(gòu)成等。裸眼旋轉(zhuǎn)三維模型對(duì)地物位置類(lèi)型進(jìn)行確認(rèn)，勾勒地物加上外業(yè)調(diào)匯，從而繪制出線劃地形圖，比例為1：2000，0.2m為地面分辨率。

3 ?結(jié)語(yǔ)

總之，礦山地形測(cè)量中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量方法的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，管理人員可利用其分辨率較高的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)礦山開(kāi)采力度、開(kāi)墾土地、排水系統(tǒng)等方面的控制，保護(hù)礦山的環(huán)境，制定出相應(yīng)的礦山管理標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)礦山相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋小平.無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山治理中的應(yīng)用分析[J].世界有色金屬，2019（6）：41-43.

[2] 李少軍.淺析無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量方法在礦山中的應(yīng)用[J].中國(guó)金屬通報(bào)，2018（5）：57-58.

[3] 呂劍.無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用[J].地礦測(cè)繪，2019，35（1）：39-41.

[4] 馬存富.基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)礦山地形精準(zhǔn)測(cè)量方法[J].世界有色金屬，2018（3）：15-16.