封利根，晏敏敏

（1.江西省基礎(chǔ)測(cè)繪院，江西 南昌 330000；2.新余市不動(dòng)產(chǎn)登記中心，江西 新余 338000）

礦產(chǎn)資源勘查以及資源開(kāi)發(fā)與利用過(guò)程中大比例尺地形圖的應(yīng)用極為廣泛，不僅為探礦工程的準(zhǔn)確定位奠定基礎(chǔ)，更是資源儲(chǔ)量估算不可缺少的部分。此外，大比例尺地形圖含有詳細(xì)的地形要素和地理信息等，在現(xiàn)代化三維礦山建設(shè)中占據(jù)重要地位。傳統(tǒng)的地形測(cè)繪技術(shù)方法周期長(zhǎng)、工作量大、成圖效率低，逐漸被現(xiàn)代化新型測(cè)繪技術(shù)取代，尤其是無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了礦山快速成圖、精度高、成本低的大比例尺地形圖測(cè)繪目的?；诖?，本文以某金屬礦山大比例尺地形測(cè)量為例，分析該技術(shù)在礦山地形成圖中的主要應(yīng)用流程及注意事項(xiàng)，為推動(dòng)該技術(shù)的快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)[1]。

1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)概述

無(wú)人傾斜攝影技術(shù)是一種先進(jìn)的新型測(cè)量技術(shù)，在快速獲取成果、模型構(gòu)建以及數(shù)據(jù)采集等諸多方面都具備優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前礦山地質(zhì)測(cè)繪的過(guò)程當(dāng)中需要強(qiáng)化傾斜攝影測(cè)量技術(shù)廣泛運(yùn)用。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是當(dāng)前測(cè)繪領(lǐng)域中一種相對(duì)現(xiàn)代化的新型技術(shù)，通過(guò)利用多個(gè)傳感器針對(duì)于同一對(duì)象完成快速數(shù)據(jù)采集工作，全方位地反映對(duì)象情況和面貌，通過(guò)使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)航拍技術(shù)缺陷和不足之處，有利于突破傳統(tǒng)測(cè)量模式制約和限制，在獲取信息方面更加高效，切實(shí)保障了數(shù)據(jù)測(cè)量工作的科學(xué)性和真實(shí)性。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以從不同角度對(duì)于對(duì)象進(jìn)行拍攝，還可以針對(duì)飛行器航拍高度以及速度等綜合參數(shù)進(jìn)行處理和記錄。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)包括了三大部分，主要是傾斜相機(jī)、POS系統(tǒng)以及飛行器。其中，飛行器主要作用就是搭載設(shè)備，并且按照預(yù)定方向進(jìn)行飛行，通過(guò)利用飛行器可以實(shí)現(xiàn)航拍。其次POS系統(tǒng)針對(duì)于對(duì)象信息進(jìn)行捕捉，并且可以記錄飛行器飛行姿態(tài)以及空間坐標(biāo)。最后，傾斜相機(jī)作用就是能夠準(zhǔn)確以及有效采集地面影像信息，切實(shí)保障信息可靠性、真實(shí)性。

圖1 傾斜攝影測(cè)量原理圖

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容分析傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是國(guó)際攝影測(cè)量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，其本質(zhì)是利用同一飛行平臺(tái)上搭載的多臺(tái)采集圖像的傳感器從垂直、傾斜等不同角度來(lái)獲得地面物體完整的信息，主要包括數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理2部分。數(shù)據(jù)獲取部分一般包括1臺(tái)垂直攝影相機(jī)和4臺(tái)傾斜攝影相機(jī)，與GPS接收機(jī)、高精度IMU慣性系統(tǒng)進(jìn)行高度集成。攝影相機(jī)用來(lái)獲取影像信息，GPS、IMU分別獲取位置和狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)處理部分，一般利用在系統(tǒng)中的集成定位信息、定姿設(shè)備拍攝的每張影像上的位置姿態(tài)信息進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的處理[2]。

2 傾斜攝影測(cè)量相關(guān)要求與影像采集

2.1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)要求

本次使用無(wú)人機(jī)型號(hào)為HO1300無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)中搭載南方測(cè)繪傾斜數(shù)字航空攝影相機(jī)，配置1臺(tái)垂直五棱鏡頭和4臺(tái)傾斜五棱鏡頭，配套安裝動(dòng)態(tài)GPS定位系統(tǒng)、飛行管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)要求較高，因此，在確定飛行計(jì)劃時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：①無(wú)人機(jī)飛行越平穩(wěn)，所獲得遙感影像質(zhì)量越高，因此一般選擇天氣狀況良好的氣候條件下進(jìn)行飛行航拍任務(wù)，根據(jù)測(cè)繪區(qū)域氣象資料顯示，選擇每年5月～7月天氣溫和少雨的時(shí)間最佳；②在氣候條件良好的情況下應(yīng)充分考慮每天的氣候變化，一般選擇上午10時(shí)至下午4時(shí)展開(kāi)飛行任務(wù)；③航向重疊度和旁向重疊度，應(yīng)根據(jù)測(cè)繪區(qū)域地形地貌變化特征進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2 飛行參數(shù)以及影像預(yù)處理

礦山地形圖測(cè)量比例尺為1：1000，飛機(jī)型號(hào)為HO1300無(wú)人機(jī)，設(shè)計(jì)飛行速度為70km/h，航線敷設(shè)方法為東西向敷設(shè)；相對(duì)飛行行高分為兩部分，飛行子區(qū)塊1的行高為350m，行子區(qū)塊2的行高為300m；平均地面分辨率均為0.06m，設(shè)計(jì)航向和旁向重疊度均為75%。以上述基本參數(shù)展開(kāi)飛行航拍任務(wù)，并及時(shí)檢查每天所獲影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，對(duì)不符合質(zhì)量要求的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行重新補(bǔ)測(cè)。在完成航拍任務(wù)后進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的預(yù)處理，將所獲傾斜影像反投影至建立的虛擬影像中，可有效的減少突出地面垂直物體的重影現(xiàn)象，提高影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量[3]。

3 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山地質(zhì)測(cè)繪中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 測(cè)繪作業(yè)數(shù)據(jù)采集方便

在礦山地質(zhì)測(cè)繪的過(guò)程中，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)得到了廣泛的運(yùn)用，與傳統(tǒng)地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)相比，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)。測(cè)繪作業(yè)的過(guò)程當(dāng)中，數(shù)據(jù)收集和采集工作更加方便快捷，能夠?qū)⒈粶y(cè)對(duì)象外形特征實(shí)現(xiàn)客觀化反映，能夠提升測(cè)量的精度。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠結(jié)合所生成的三維模型真實(shí)全面反映礦區(qū)的地形地貌，保障測(cè)繪工作高效化。

3.2 技術(shù)操作便利

在傾斜攝影測(cè)量過(guò)程中，無(wú)人機(jī)能夠代替飛行平臺(tái)，在技術(shù)人員控制的情況下合理地調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡，利用軟件對(duì)其進(jìn)行處理，以構(gòu)建立體模型產(chǎn)品，減少人工投入，節(jié)省更多的測(cè)量時(shí)間。另外，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)性價(jià)比很高，有助于批量提取、貼紋理，減少地質(zhì)建模的成本。

3.3 無(wú)需選取投影點(diǎn)

傳統(tǒng)地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)相比于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)存在諸多缺陷，傳統(tǒng)地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)通常都需要選取投影點(diǎn)，而利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)則無(wú)需對(duì)投影點(diǎn)加以選取，可以根據(jù)航空攝影的規(guī)模成圖針對(duì)于傾斜影像紋理批量加以提取，這樣就能夠明顯地促使工作效率得到提高。目前使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠進(jìn)一步強(qiáng)化空間管理和規(guī)劃工作，相關(guān)的人員可以通過(guò)利用飛行器以及相應(yīng)軟件構(gòu)建三維實(shí)體模型，進(jìn)而滿足礦企實(shí)際需求，能夠發(fā)揮良好效果，值得推廣與應(yīng)用。

圖2 像控點(diǎn)布設(shè)流程圖

4 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在礦山測(cè)繪實(shí)際應(yīng)用中，為提升數(shù)據(jù)精度與可靠性，往往要布設(shè)一定數(shù)量的地面控制點(diǎn)，通過(guò)將外業(yè)采集的航飛影像與地面控制點(diǎn)標(biāo)定，進(jìn)行空三加密處理，然后將生產(chǎn)的DOM（數(shù)字正射影像）與DEM（數(shù)字高程模型）進(jìn)行內(nèi)業(yè)制圖與外業(yè)調(diào)繪修正，基本流程如下。

4.1 地面控制測(cè)量

地面控制測(cè)量主要依賴于像片控制測(cè)量，是提高無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度的有效措施。像片控制測(cè)量中最重要的環(huán)節(jié)就是像控點(diǎn)的布設(shè)，像控點(diǎn)布設(shè)不合理，可顯著的降低影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在后期數(shù)據(jù)處理過(guò)程中空中三角加密測(cè)量過(guò)程中，雖然像控點(diǎn)密度對(duì)空中三角加密測(cè)量有一定的影響，但空中三角加密測(cè)量質(zhì)量與完全依賴于像控點(diǎn)的布設(shè)密度，而與測(cè)繪區(qū)域的地形地貌變化幅度等關(guān)系較為密切。因此，為了提高無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作效率以及影像數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，一般在地形變化幅度小的區(qū)域（如平原地區(qū)等）可適當(dāng)?shù)慕档拖窨攸c(diǎn)布設(shè)密度，而在地形變化幅度較大的區(qū)域（高山峽谷地貌）可適當(dāng)增大像控點(diǎn)布設(shè)密度?？傮w上，像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①像控點(diǎn)一般布設(shè)在容易識(shí)別的地物地貌上，即所布設(shè)的像控點(diǎn)必須是唯一的，不存在爭(zhēng)議的，一般布設(shè)在地形變化較小的山頭、田角等部位；②位于測(cè)繪區(qū)域范圍以外的像控點(diǎn)的目的在于控制測(cè)量整個(gè)測(cè)繪區(qū)域；對(duì)于位于圖幅邊部的像控點(diǎn)一般布設(shè)在圖框輪廓線以外；③位于航線兩側(cè)的像控點(diǎn)，一般布設(shè)在左右偏離半徑小于半條基線長(zhǎng)度的范圍內(nèi)；④植被發(fā)育的區(qū)域以及建筑物密布區(qū)域不易作為像控點(diǎn)的布設(shè)位置，上述部位因遮擋問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)量難度增高，甚至無(wú)法獲得準(zhǔn)確的地理位置；⑤像控點(diǎn)布設(shè)位置應(yīng)盡可能避開(kāi)大面積水域或者大功率敷設(shè)區(qū)域；⑥像控點(diǎn)一般布設(shè)在交通條件好和便于保存的位置，以便于后期控制測(cè)量使用。

4.2 空中三角加密處理

一般來(lái)說(shuō)礦山地形變化較大，植被發(fā)育差異明顯。因此，造成無(wú)人機(jī)傾斜攝影過(guò)程中所獲影像數(shù)據(jù)中不可避免的存在拍攝“漏洞”，即所獲影像數(shù)據(jù)中存在一定數(shù)量的“留白”，該部位的攝影質(zhì)量是無(wú)法達(dá)到1：1000大比例尺地形圖測(cè)量的基本要求。此時(shí)，需要對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行空中三角加密處理，利用航拍過(guò)程中無(wú)人機(jī)搭載的定位系統(tǒng)自動(dòng)存儲(chǔ)的POS數(shù)據(jù)中包含的方位元素對(duì)遮擋區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以有效的密布因遮擋等造成影像數(shù)據(jù)中的“留白”問(wèn)題，顯著的提高影像數(shù)據(jù)的精度。在完成空中三角加密處理后，可以獲得測(cè)繪區(qū)域的加密校正成果等產(chǎn)品，可進(jìn)一步生成DOM、DEM、DSM等產(chǎn)品。

4.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集與修補(bǔ)測(cè)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前需要對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模處理，這是由于三維建模是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，能夠借助傾斜攝影測(cè)量自動(dòng)批量建模軟件對(duì)不同視角下的傾斜影像資料進(jìn)行幾何校正、平差處理以及多視角匹配處理等操作，進(jìn)而獲得能夠反映測(cè)繪區(qū)域整體地形地貌特征的可視化三維傾斜模型。在上述操作的基礎(chǔ)上借助配套的軟件對(duì)測(cè)繪區(qū)域的地物地貌進(jìn)行提取，即數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，主要包括：①地物要素的采集，主要以人工處理為主，包括建筑物輪廓、控制點(diǎn)信息、建筑物外側(cè)面邊線等信息，能夠顯著的提高最終數(shù)據(jù)處理精度；②地貌要素的三維信息采集，主要借助數(shù)據(jù)處理軟件自動(dòng)化處理，主要包括測(cè)繪區(qū)域1：1000大比例尺等高線以及相應(yīng)密度的高程注記點(diǎn)等信息的采集，后期經(jīng)過(guò)人工手動(dòng)整飾、取舍后可投入使用；③遮擋問(wèn)題處理，對(duì)于遮擋嚴(yán)重的區(qū)域或者地形地貌有爭(zhēng)議的區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，使用其他輔助測(cè)量方法進(jìn)行補(bǔ)測(cè)、調(diào)繪等處理[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有精度高、成本低、成圖快的特點(diǎn)，逐漸在礦山大比例尺地形測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。經(jīng)過(guò)實(shí)際對(duì)比驗(yàn)證，采用無(wú)人機(jī)航測(cè)1：1000大比例尺圖精度與全站儀測(cè)量結(jié)果對(duì)比，所獲地形圖的平面誤差為5.2cm，高程注記點(diǎn)的誤差為4.8cm，誤差均在相應(yīng)比例尺地形圖誤差范圍內(nèi)，說(shuō)明使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量獲得的大比例尺地形圖精度可靠，有助于推動(dòng)數(shù)字礦山的建設(shè)步伐。