劉法軍

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì)，山東 泰安 271000）

礦山建設(shè)離不開大比例尺礦山地形圖的測(cè)量工作，礦山測(cè)繪伴隨著礦產(chǎn)資源勘查、開采以及礦山恢復(fù)治理等整個(gè)過程中。因此，如何提高礦山測(cè)繪效率和提高礦山測(cè)繪質(zhì)量成為限制礦山企業(yè)發(fā)展的一個(gè)環(huán)節(jié)之一[1]。隨著現(xiàn)代化礦山建設(shè)需求，傳統(tǒng)的礦山測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪周期、精度等方面無法滿足現(xiàn)代礦山測(cè)繪周期短、精度高的基本要求，因此礦山測(cè)繪中逐漸引入了更多的現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)，如無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)等，并取得了良好的應(yīng)用效果。

1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)概況

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用較早，早期階段主要應(yīng)用于有人飛機(jī)上，以通過攝影影像獲取建筑物立面的紋理信息為主，并未應(yīng)用于地形測(cè)繪等領(lǐng)域，即應(yīng)用領(lǐng)域極為局限。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)代化動(dòng)態(tài)GPS定位技術(shù)、圖像融合處理技術(shù)的快速革新，逐漸將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了大比例尺地形測(cè)繪等，也逐漸的應(yīng)用于礦山測(cè)繪、工程測(cè)繪等領(lǐng)域，擴(kuò)大了社會(huì)服務(wù)范圍，提高了測(cè)繪精度和縮短了測(cè)繪周期[2]。現(xiàn)階段常用的無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用流程示意見圖1。

2 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

2.1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量準(zhǔn)備工作

本文以某礦山的大比例尺地形測(cè)量為例，講述無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用。本次選用的無人機(jī)型號(hào)為HARWAR-YT無人機(jī)，配套安裝相應(yīng)GPS定位系統(tǒng)、飛行管理系統(tǒng)，選用哈瓦傾斜數(shù)字航空攝影相機(jī)搭載。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)無人機(jī)飛行條件的要求較高，在使用該技術(shù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①不同的天氣氣候?qū)o人機(jī)傾斜攝影質(zhì)量影響較大，因此需根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的氣候變化選擇合適的季節(jié)飛行，一般選擇在每年的五六月份進(jìn)行，該階段氣候一般吻合、少雨，普遍適用無人機(jī)飛行；②在確定大致飛行時(shí)段內(nèi)要選擇具體的氣候變化，如選擇天氣晴朗、無風(fēng)或者微風(fēng)天氣等，即需要根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的氣候制定相應(yīng)的飛行時(shí)段，一般選擇上午10點(diǎn)至下午2點(diǎn)之間[2]；③重疊度設(shè)計(jì)問題，根據(jù)測(cè)繪區(qū)域地形地貌變化特征制定相應(yīng)的旁向重疊度、航向重疊度等參數(shù)；一般旁向重疊方向以平行于測(cè)繪區(qū)域邊界的首末航線敷設(shè)，并位于測(cè)繪區(qū)域邊界外側(cè)，而航線重疊方向按照超出測(cè)繪區(qū)域邊界設(shè)計(jì)基線長(zhǎng)2倍進(jìn)行。

圖1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)流程示意圖

2.2 無人機(jī)傾斜影像獲取

在上述準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行地形地貌踏勘工作，對(duì)地形地貌變化大的區(qū)域根據(jù)實(shí)際狀況劃分飛行子區(qū)塊，即將測(cè)繪區(qū)域根據(jù)地形地貌變化劃分為不同的飛行區(qū)塊，再根據(jù)不同區(qū)塊特征設(shè)計(jì)飛行高度、航向重疊度、旁向重疊度等參數(shù)[3]。

本文所舉例的測(cè)繪區(qū)域地形地貌起伏變化適中，不需分割飛行區(qū)塊。因此，本次設(shè)計(jì)飛行速度為70km/h，航線敷設(shè)方法為東西向，相對(duì)航高為200m，平均地面分辨率為0.06m，設(shè)計(jì)航向重疊度為75%，設(shè)計(jì)旁向重疊度為65%，最終地形圖成圖比例為1:1000。此外，在使用無人機(jī)傾斜攝影過程中，雖然攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了多視角拍攝的技術(shù)條件，但難免受地形地貌、高大樹木遮擋等因素的影響，導(dǎo)致攝影出現(xiàn)“留白”等問題。為了提高攝影質(zhì)量，在飛行攝影之前需要在測(cè)繪區(qū)域建立相應(yīng)的像控點(diǎn)及加密點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)無人機(jī)傾斜影像獲取及預(yù)處理后，將測(cè)繪范圍內(nèi)的影像投影至虛擬影像中，可以有效的減少突出地面豎直物體的重影現(xiàn)象，進(jìn)而提高無人機(jī)攝影影像質(zhì)量。

2.3 像控點(diǎn)測(cè)量

像控點(diǎn)測(cè)量工作是無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量必不可少的環(huán)節(jié)，是提高無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量質(zhì)量的主要手段之一。因此，加強(qiáng)地表像控點(diǎn)布設(shè)的合理性至關(guān)重要，如像控點(diǎn)一般布設(shè)在地形無爭(zhēng)議、較明顯區(qū)域等?？罩腥羌用軠y(cè)量也是提高無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度的重要方法之一，但是空中三角加密測(cè)量并不完全取決于測(cè)繪區(qū)域地表像控點(diǎn)的密度，而是與測(cè)繪區(qū)域的地形地貌和像控點(diǎn)均有較大的關(guān)系，如在復(fù)雜地形地貌區(qū)域，為了提高測(cè)繪質(zhì)量可在規(guī)范要求密度基礎(chǔ)上加密布設(shè)像控點(diǎn)，而在地形地貌變化范圍小的平原區(qū)域，可適當(dāng)?shù)慕档拖窨攸c(diǎn)的布設(shè)密度。

像控點(diǎn)的布設(shè)質(zhì)量直接關(guān)系著無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量質(zhì)量，因此，在布設(shè)像控點(diǎn)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容[4]：①若像控點(diǎn)位于飛行子區(qū)塊之外，則該類像控點(diǎn)以控制測(cè)量整個(gè)測(cè)繪區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，因此應(yīng)布設(shè)在測(cè)繪區(qū)域邊界線以外，且位于航向大于100m、航向基線不少于1條的區(qū)域；②若像控點(diǎn)位于航線兩段，則要求像控點(diǎn)的左右偏離半徑不大于半條基線的長(zhǎng)度；③像控點(diǎn)的布設(shè)位置應(yīng)該不存在地形爭(zhēng)議，即布設(shè)于地形易識(shí)別的區(qū)域，此外，像控點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)必需是清晰的，一般選擇地塊角、房角等地物，若像控點(diǎn)為多個(gè)地物的交匯部位，則必需滿足多個(gè)地物的交匯角介于30°～150°之間；④像控點(diǎn)一般布設(shè)在周邊地形變化較小的區(qū)域，如山頭等部位，可以有效的提高無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度；⑤像控點(diǎn)布設(shè)應(yīng)避開植被發(fā)育、墻角等部位，防治在飛行攝影過程中因遮擋而無法獲得像控點(diǎn)的信息；⑥像控點(diǎn)的布設(shè)位置一般選擇交通條件方便、易于保存的區(qū)域，可作為二次礦山測(cè)量的水準(zhǔn)點(diǎn)等。

2.4 空中三角加密處理

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與無人機(jī)直射攝影測(cè)量技術(shù)相比，前者實(shí)現(xiàn)了多角度獲取測(cè)繪區(qū)域影像資料的目的，明顯降低了攝影盲區(qū)的弊端。但是，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在實(shí)際獲取測(cè)繪區(qū)域影像數(shù)據(jù)時(shí)，受地形地貌變化、高大樹木遮擋等問題仍然出現(xiàn)測(cè)量空白區(qū)域，或者出現(xiàn)地面控制點(diǎn)達(dá)不到實(shí)際需求等現(xiàn)象，導(dǎo)致最終的測(cè)量精度明顯降低，此時(shí)需要進(jìn)行空中三角加密測(cè)量[3]?？罩腥羌用軠y(cè)量技術(shù)可以彌補(bǔ)上述不足之處，主要依賴于對(duì)影像外的方位元素的準(zhǔn)確預(yù)算上，使用數(shù)據(jù)處理軟件將地表干擾因素剔除，進(jìn)而提高測(cè)量精度的方法，尤其是對(duì)地形地貌復(fù)雜區(qū)域的測(cè)量精度具有較明顯的改善。

因此，在獲取測(cè)繪區(qū)域攝影數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上及時(shí)的檢查攝影數(shù)據(jù)質(zhì)量，若影像質(zhì)量不滿足基本需求，應(yīng)及時(shí)開展重新攝影測(cè)量工作，對(duì)于滿足基本要求的攝影數(shù)據(jù)在預(yù)處理、校正后進(jìn)行空中三角加密測(cè)量處理，再輸出相應(yīng)的加密校正成果，如DSM等。

2.5 數(shù)據(jù)采集與三維建模

大比例尺礦山地形圖的三維建模是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，在經(jīng)過影像數(shù)據(jù)處理軟件的幾何校正、平差處理、多視角匹配等操作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步獲取測(cè)繪區(qū)域的三維傾斜模型。在此基礎(chǔ)上采用傾斜攝影配套的數(shù)據(jù)處理軟件獲得測(cè)繪區(qū)域地物、地形信息，即數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)的采集主要包含三個(gè)方面的內(nèi)容：一是地物要素的人工采集過程，即通過手動(dòng)的方式采集測(cè)繪區(qū)域像控點(diǎn)信息，提取建筑物輪廓等；二是自動(dòng)獲取三維地形信息，主要指的是等高線、高程點(diǎn)信息的自動(dòng)化提取，僅需要后期人工整飾處理即可[4]；三是遮擋等問題的處理過程，以攝影影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合全站儀水平測(cè)量等對(duì)遮擋區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量，彌補(bǔ)測(cè)量“空白”等問題。此外，在數(shù)據(jù)采集過程中要根據(jù)輸出地形圖比例尺大小等確定等高距、高程注記點(diǎn)的疏密等，以圖形表達(dá)美觀、符合規(guī)范要求為基本原則。

2.6 外業(yè)調(diào)繪及補(bǔ)測(cè)

上文已述及，雖然無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在很大程度上降低了攝影盲區(qū)等問題，但仍然不可避免的受地形地貌、植被發(fā)育狀況、建筑物分布等因素影響出現(xiàn)攝影盲區(qū)，即無法通過攝影測(cè)量獲取上述區(qū)域的地形信息等，此時(shí)需要借助其他測(cè)量技術(shù)方法進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測(cè)等[2]。因此，在影像數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理過程中將攝影盲區(qū)標(biāo)注出來，及時(shí)的開展外業(yè)實(shí)地調(diào)繪和補(bǔ)測(cè)工作。另外，對(duì)于內(nèi)業(yè)處理過程中存在爭(zhēng)議的地形地物也應(yīng)標(biāo)注處理，進(jìn)而通過外業(yè)調(diào)繪或者補(bǔ)測(cè)解決，可提高無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度。

3 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在大比例礦山測(cè)量中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，通過實(shí)際測(cè)量實(shí)踐表明，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)繪任務(wù)，提高了社會(huì)服務(wù)效益，獲取的大比例尺地形圖平面位置中誤差為6.5cm，高程中誤差為12.6cm，測(cè)量精度完全滿足相應(yīng)比例尺誤差要求。因此，將該技術(shù)廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代化大比例尺地形圖測(cè)繪中，不僅提高了測(cè)量精度，而且降低了測(cè)繪更本。