武新麗

（華北地質(zhì)勘查局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 秦皇島 066000）

在礦山開發(fā)和采集的過程中，為了保障礦山生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，促進(jìn)礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展，需要對礦山進(jìn)行治理。在礦山治理過程中，最重要的工作內(nèi)容就是測量，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性將直接影響礦山治理的成果。但受傳統(tǒng)礦山治理模式的影響，礦山測量技術(shù)落后、工作效率低下，對礦山的治理產(chǎn)生不良影響，于是相關(guān)部門積極引入無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，有效地解決了傳統(tǒng)礦山治理中存在的問題。

1 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)概況

1.1 無人機(jī)

無人機(jī)主要由計(jì)算機(jī)編程自主系統(tǒng)和無線遙控設(shè)備組成，是一種可以搭載多種智能化設(shè)備的航空器，在無人機(jī)上安裝導(dǎo)航設(shè)備和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)便成了空中飛行平臺(tái)。目前，市場上的無人機(jī)有多種型號(hào)，對應(yīng)的功能也不盡相同，在礦山測量時(shí)，需要對無人機(jī)的安全性，實(shí)際載荷、實(shí)際升降能力等提出要求：通常情況下，要求礦山傾斜攝影測量的無人機(jī)載重量大于2千克，具有很好的垂直升降能力并且續(xù)航時(shí)間大于30分鐘，還需要具有一定的抗風(fēng)能力以適應(yīng)礦山的測量環(huán)境。

1.2 傾斜攝像機(jī)的性能要求

在進(jìn)行無人機(jī)傾斜攝影測量時(shí)，傾斜攝像機(jī)需要滿足以下要求：第一，攝像機(jī)具有一定的穩(wěn)定性，無人機(jī)發(fā)生一般程度的顫動(dòng)時(shí)不會(huì)影響正常拍攝；第二，鏡頭的像素不得低于2000萬，曝光像素不得低于1億；第三，有足夠的續(xù)航時(shí)間，至少在1個(gè)小時(shí)以上；第四，具有較高的分辨率，拍攝的圖像清晰。

1.3 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的特點(diǎn)

（1）信息更全面。相比于傳統(tǒng)的礦山測量方式，利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，不僅能獲得礦山的外貌圖像，還能將礦山的地質(zhì)條件、地貌特征等以圖像或信息的形式完整地表現(xiàn)出來。同時(shí)，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)還能對礦山進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，幫助工作人員得到礦山的三維模型，便于直觀的查看礦山的具體情況，也方便工作人員明確礦山的開采情況，幫助后續(xù)礦山治理工作更好的進(jìn)行。

（2）數(shù)據(jù)更專業(yè)。以往礦山拍攝得到的是礦山的二維數(shù)據(jù)，并且獲得的數(shù)據(jù)誤差較大，有的甚至存在數(shù)據(jù)缺陷、圖片殘缺等情況。應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測量，可以對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用專業(yè)的軟件，將其中無用、多余的數(shù)據(jù)直接刪除，也可以對殘缺的數(shù)據(jù)進(jìn)行彌補(bǔ)，使測量數(shù)據(jù)更全面、更準(zhǔn)確，進(jìn)一步可得到礦山的三維模型，使得無人機(jī)傾斜攝影測量的數(shù)據(jù)更專業(yè)，工作人員可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)工作，從根本上保障了礦山治理工作的質(zhì)量。

（3）效率更高。利用傳統(tǒng)方式對礦山進(jìn)行測量時(shí)，需要工作人員對礦山進(jìn)行測量，工作負(fù)擔(dān)較大且存在較多的風(fēng)險(xiǎn)因素，也會(huì)導(dǎo)致測量用時(shí)過多，影響測量效率。利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)開展測繪工作，能極大地減少外業(yè)工作時(shí)間，減輕技術(shù)人員的工作負(fù)擔(dān)，節(jié)約時(shí)間、提高效率[1]。通過具體的礦山治理工作可知，使用無人機(jī)傾斜攝影測量獲得礦山數(shù)據(jù)的效率是普通測量方式的三到四倍，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和安全性都得到了極大的提升。

（4）為礦山治理工作提供保障。目前，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可以為技術(shù)人員和礦山管理工作人員提供大量的高清影像以及多樣化的數(shù)據(jù)信息[2]。利用這些信息，礦山管理人員對礦山的具體情況有了更全面的掌握，為礦山的治理工作提供了更好的指導(dǎo)，幫助礦山更好的經(jīng)營。

2 無人機(jī)傾斜攝影測量在礦山治理中的應(yīng)用流程

2.1 測區(qū)概況

本文選擇某地區(qū)的露天鐵礦為案例。該地區(qū)為山地地形，地勢條件復(fù)雜，礦山區(qū)域存在多處陡坡，且整片區(qū)域交通不便，僅有一條公路貫穿。該區(qū)域氣候溫和、四季分明，惡劣天氣出現(xiàn)的情況較少，降雨主要分布在夏季。

2.2 目標(biāo)確認(rèn)和空域申請

在無人機(jī)傾斜攝影測量工作開始之前，應(yīng)做好一系列的準(zhǔn)備工作，具體包括測量目標(biāo)的確認(rèn)、飛行空域申請等[3]。飛行計(jì)劃大致可分為以下五點(diǎn)：第一，了解測量區(qū)域的地理位置、地理環(huán)境等信息概況；第二，確定拍攝的比例尺和飛行高度；第三，選擇合適的平地位置供無人機(jī)起落；第四，根據(jù)測量精度要求選擇像素相符的相機(jī)；第五，綜合考慮天氣因素、環(huán)境因素等。此外，無人機(jī)傾斜攝影測量工作人員需要向相關(guān)部門提交飛行空域申請，在獲得相關(guān)部門允許后才能進(jìn)行無人機(jī)測量；若未獲得飛行許可，需要結(jié)合實(shí)際情況制定低空飛行方案，明確規(guī)定飛行時(shí)間、飛行范圍等因素，之后向有關(guān)部門遞交申請。

在完成目標(biāo)確認(rèn)和航線申請后，需要嚴(yán)格按照既定流程進(jìn)行后續(xù)的無人機(jī)傾斜攝影測量工作。此時(shí)，工作人員需要按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和測量標(biāo)準(zhǔn)對無人機(jī)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，保障無人機(jī)傾斜攝影測量工作的質(zhì)量以及提升測量工作的效率。

2.3 航線參數(shù)設(shè)計(jì)

相關(guān)的技術(shù)參數(shù)包含設(shè)定路線、設(shè)定飛行等多個(gè)方面。國家對低空航空攝影有相關(guān)規(guī)定：在航空攝影進(jìn)行之前，無人機(jī)的技術(shù)參數(shù)必須是按照預(yù)定的軌跡飛行。在進(jìn)行航線技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，具體的技術(shù)參數(shù)有很多，以其中的飛行高度為例，可用以下公式計(jì)算：

上述公式中，H表示無人機(jī)進(jìn)行傾斜攝影測量時(shí)的飛行高度；f表示物鏡鏡頭的焦距；a表示像元尺寸；GSD表示航空攝影時(shí)地面的分辨率。除了飛行高度外，還有一個(gè)重要的參數(shù)就是測圖的比例尺。測圖比例尺的合理性將直接影響無人機(jī)傾斜攝影測量的質(zhì)量，具體的測圖比例尺與地面分辨率的關(guān)系如表1所示：

表1 測圖比例尺與地面分辨率對應(yīng)關(guān)系表

做好無人機(jī)傾斜攝影測量的全部數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置后就可以對礦山進(jìn)行測量，為了達(dá)到理想的測量效果，應(yīng)盡量選擇風(fēng)和日麗、萬里無云的晴天進(jìn)行。同時(shí)，在獲得無人機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖像之后，地面工作人員需要及時(shí)的對圖像進(jìn)行處理，對比數(shù)據(jù)與礦山實(shí)際之間的差距，并及時(shí)對數(shù)據(jù)缺陷進(jìn)行補(bǔ)拍，在數(shù)據(jù)檢查符合測量要求后，收回?zé)o人機(jī)，此時(shí)測量工作才算正式完成。

2.4 檢查點(diǎn)布設(shè)

依據(jù)國家低空攝影測量內(nèi)外業(yè)成圖精度的規(guī)定，像控點(diǎn)布設(shè)需要遵循一定的原則。具體的原則包括以下幾點(diǎn)：第一，在地形復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行無人機(jī)傾斜攝影測量時(shí)，必須在地面上設(shè)置清晰的點(diǎn)作為無人機(jī)傾斜攝影測量的控制點(diǎn)，以此提高測量結(jié)果的精確性；第二，控制點(diǎn)應(yīng)依據(jù)無人機(jī)的飛行航線進(jìn)行設(shè)置，并且在同一位置的平面點(diǎn)和無人機(jī)飛行高度點(diǎn)最好能夠聯(lián)測成平高點(diǎn)；第三，為了提高測量的效率，像控點(diǎn)盡量設(shè)置在無人機(jī)飛行航線交接的區(qū)域，對于航向沒有重疊的部分，必須在航線上分別設(shè)置像控點(diǎn)；第四，控制點(diǎn)盡量放置在航線重疊點(diǎn)附近的中線小于3厘米的位置，避免把控制點(diǎn)放置在距離圖像邊緣不到1cm的位置，因?yàn)橐坏┦艿酵饨缫蛩氐挠绊懀瑹o人機(jī)的穩(wěn)定性就會(huì)改變，拍攝誤差就會(huì)變大，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性；第五，盡量按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制點(diǎn)和像控點(diǎn)的設(shè)置，保障無人機(jī)傾斜攝影測量的準(zhǔn)確性，提高測量精度。

3 無人機(jī)傾斜攝影測量在礦山治理中的應(yīng)用

3.1 礦山影像拍攝

無人機(jī)航空拍攝主要由無人機(jī)搭載無人攝像系統(tǒng)完成，可以獲取礦山地質(zhì)環(huán)境條件的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息，通過選用航拍攝影圖像，對項(xiàng)目規(guī)劃涉及的地形圖進(jìn)行對比核對。應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影對礦山治理進(jìn)行拍攝時(shí)，有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：首先，應(yīng)用無人機(jī)傾斜測量方法時(shí)，無人機(jī)從一個(gè)垂直角度和四個(gè)傾斜角度對礦山進(jìn)行拍攝，可以將礦山的全貌直觀、立體地展示出來，更能反映礦山治理的真實(shí)情況；另外，有利于礦山治理工作人員了解礦山治理的情況，針對性的彌補(bǔ)礦山治理的不足，有效解決了傳統(tǒng)拍攝過于平面化的弊端，為后續(xù)的礦山治理工作奠定了良好的基礎(chǔ)。其次，應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影可以獲得礦山治理的側(cè)面信息。利用無人機(jī)對礦山進(jìn)行全方位拍攝，整個(gè)礦山的立體圖像被清晰的展示出來，便于后期三維模型的構(gòu)建；在此基礎(chǔ)上，將拍攝的信息充分展示在三維模型上，可實(shí)現(xiàn)對礦山治理細(xì)節(jié)的還原，幫助礦山治理工作更有效地進(jìn)行。最后，通過無人機(jī)傾斜測量，在礦山周圍區(qū)域安裝相應(yīng)的傳感器等設(shè)備，有效解決了以往礦山治理需要多次拍攝的弊端，通過一次測量便可以獲得礦山的數(shù)據(jù)信息，短時(shí)間內(nèi)便可完成測量工作，極大地提高了測量工作的效率；同時(shí)，無人機(jī)傾斜測量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性相比傳統(tǒng)拍攝方式有極大的提升，保障了后續(xù)礦山治理工作的有效進(jìn)行。

3.2 礦山地質(zhì)測量

將無人機(jī)應(yīng)用在礦山地質(zhì)測量上是一項(xiàng)新的技術(shù)突破。應(yīng)用無人機(jī)對礦山的地質(zhì)情況進(jìn)行測量，可全面獲得礦山的基本信息，并以此為依據(jù)指導(dǎo)后續(xù)礦山治理工作的進(jìn)行。在礦山地質(zhì)測量中無人機(jī)傾斜攝影測量的應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面：首先，礦山地形圖測量。地形圖測量是進(jìn)行其他工作的基礎(chǔ)，在礦山地形圖測量中應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測量顯著的減少了測量任務(wù)，降低測量人員外業(yè)安全事故發(fā)生的概率；同時(shí)，無人機(jī)體積小巧輕便，操作簡單，數(shù)據(jù)采集時(shí)對外在因素影響的要求低，可快速高效的得到礦山的地形圖。其次，便于外業(yè)航拍。傳統(tǒng)礦山測量方式需要工作人員在礦山中進(jìn)行，很容易出現(xiàn)安全事故，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高。若應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行測量，工作人員只需要在無人機(jī)上安裝攝像機(jī)和傳感器便可對露天礦山進(jìn)行測量，及時(shí)掌握露天礦山的實(shí)際情況，為外業(yè)工作提供了極大的便利，也提升了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最后，便于礦洞勘測。礦山的治理不僅需要礦山的外貌地形信息，還需要對礦山的內(nèi)部空間信息進(jìn)行勘測，主要體現(xiàn)在對礦洞的勘測上。為了降低人為勘測礦洞的危險(xiǎn)，應(yīng)用無人機(jī)對礦洞進(jìn)行傾斜測量。由于其體型小巧、操作方便，可很好地完成礦洞勘測工作，幫助工作人員掌握礦洞信息，方便后續(xù)的治理工作。

3.3 像控點(diǎn)測量

所謂像控點(diǎn)指的是攝影測量控制的基點(diǎn)，像控點(diǎn)選擇是否合理將直接影響礦山測量結(jié)果的精確度，因此，必須對像控點(diǎn)進(jìn)行有效測量。通常情況下，無人機(jī)傾斜攝影測量采用單基站的方式對像控點(diǎn)進(jìn)行測量，具體應(yīng)用時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：首先，設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在利用無人機(jī)傾斜攝影測量對礦山進(jìn)行測量時(shí)，無人機(jī)操作者需要設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并保障無人機(jī)與數(shù)據(jù)接收平臺(tái)的通訊流暢，以此確定流動(dòng)站的具體位置，實(shí)現(xiàn)礦山坐標(biāo)數(shù)據(jù)的順利轉(zhuǎn)換；同時(shí)，要控制水平面與無人機(jī)高度的收斂精度，完成單基站通訊內(nèi)容的設(shè)置，為后續(xù)測量奠定基礎(chǔ)。其次，保障單基站始終具有良好的觀測條件。為了有效提高像控點(diǎn)測量的準(zhǔn)確性，礦山治理工作人員需要保障單基站始終處在良好觀測的狀態(tài)；同時(shí)，為了降低測量設(shè)備對測量結(jié)果的影響，觀測之前工作人員需要對全部的設(shè)備進(jìn)行初始化處理，并依據(jù)實(shí)際情況對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以求得準(zhǔn)確的固定解。最后，多次測量取平均值。為了保障像控點(diǎn)測量的準(zhǔn)確性，工作人員至少進(jìn)行3次無人機(jī)傾斜攝影測量，若某個(gè)測量數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)相差較大則應(yīng)舍棄該數(shù)據(jù)，并對其他數(shù)據(jù)求平均值，并且每次測量工作開始和結(jié)束都需要對已知的像控點(diǎn)進(jìn)行檢核，將測量誤差和外在因素的影響降低到最小范圍。

3.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影進(jìn)行礦山測量是一項(xiàng)系統(tǒng)性的作業(yè)，需要在對礦山數(shù)據(jù)進(jìn)行測量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步由專業(yè)人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為后續(xù)的礦山治理工作提供理論依據(jù)。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的數(shù)據(jù)處理可簡單的劃分為以下兩方面：一方面，無人機(jī)測量。無人機(jī)在飛至測量區(qū)域上空時(shí)，按照設(shè)定的程序?qū)ΦV山進(jìn)行測量，獲得礦山的地質(zhì)信息；同時(shí)，需要保持無人機(jī)與地面接收系統(tǒng)的通訊，方便無人機(jī)快速的將測量結(jié)果傳至接收系統(tǒng)。在地面接收系統(tǒng)接收到無人機(jī)的圖片信息后，全數(shù)字測量工作站需要對無人機(jī)傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行空中三角測算測量，得到相應(yīng)的測量結(jié)果，并將結(jié)果導(dǎo)進(jìn)全數(shù)字測量工作站，將無人機(jī)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行還原，得到礦山的立體模型和圖像等，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。另一方面，規(guī)范的數(shù)據(jù)處理。在得到礦山的立體模型和圖像后，工作人員需要按照國家相關(guān)要求對礦山的地形地貌、地質(zhì)條件等信息進(jìn)行收集，傳送符號(hào)化的分幅數(shù)據(jù)；在此基礎(chǔ)上，需要根據(jù)礦山治理項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等將測量數(shù)據(jù)和無人機(jī)傾斜攝影圖像進(jìn)行對照，修改其中錯(cuò)誤部分的同時(shí)也需要對數(shù)據(jù)遺漏的部分進(jìn)行添加；之后，利用二維設(shè)計(jì)軟件如CAD對航拍獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步編輯，將礦山的大致輪廓表示出來，最后將結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)存。

3.5 礦山模型制作

為了使工作人員更加直觀地了解礦山的具體情況，需要在無人機(jī)傾斜攝影測量獲得礦山數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上制作礦山的三維模型，要求盡可能地將礦山實(shí)際情況體現(xiàn)在三維模型之中；同時(shí)，為了有效保障礦山模型的精度、減少數(shù)字線劃地圖三維數(shù)據(jù)的偏差，需要利用專業(yè)軟件對礦山數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，刪去其中多余的數(shù)據(jù)。礦山模型的制作可分為以下三步：第一，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)工作人員獲得了礦山的數(shù)據(jù)，此時(shí)的數(shù)據(jù)存在一定的缺陷與偏差，需要進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行增添和刪減，確保數(shù)據(jù)的完整性，使數(shù)據(jù)盡可能符合礦山的實(shí)際情況，以此獲得數(shù)字線劃地圖準(zhǔn)確的三維立體數(shù)據(jù)，為后續(xù)的礦山模型制作工作提供數(shù)據(jù)支持。第二，在獲得礦山準(zhǔn)確的數(shù)字線劃地圖三維立體數(shù)據(jù)后，工作人員需要以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行圖形的繪制，將原本的三維立體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維圖形，并對圖片上的內(nèi)容進(jìn)行處理，確保繪制圖形的科學(xué)性與合理性，并以相應(yīng)的格式對圖形內(nèi)容進(jìn)行處理。最后，在獲取礦山的二維圖形并進(jìn)行格式處理后，工作人員需要進(jìn)一步將格式化的二維圖形導(dǎo)入到其他專業(yè)軟件中生成礦山地表信息的三維模型，并加強(qiáng)對三維模型細(xì)節(jié)處的處理，盡可能確保三維模型能真實(shí)的反應(yīng)礦山的實(shí)際情況，方便工作人員直觀了解礦山地形形態(tài)屬性信息。

3.6 空中三角測量技術(shù)

空中三角測量是無人機(jī)傾斜攝影測量的重要方法之一，主要通過圖像測試解析的方式對礦山的數(shù)據(jù)和要點(diǎn)進(jìn)行確定。傳統(tǒng)的空中三角測量技術(shù)需要大量的技術(shù)手段支持，成本花費(fèi)相對較高，并且檢測的方式也極為復(fù)雜，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和工作效率均處在較低的水平。為了解決傳統(tǒng)模式帶來的問題，在礦山治理中使用無人機(jī)傾斜測量技術(shù)進(jìn)行空中三角測量。

在利用無人機(jī)傾斜拍攝測量技術(shù)進(jìn)行空中三角測量時(shí)，首先要考慮無人機(jī)的穩(wěn)定性問題。由于無人機(jī)體型小巧，重量較輕，而空中的風(fēng)力較地面更大，很容易影響無人機(jī)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。為了解決這個(gè)問題，工作人員需要手動(dòng)調(diào)節(jié)無人機(jī)空中飛行的誤差，為圖像和實(shí)際位置之間的匹配提供保障，將測量數(shù)據(jù)誤差對礦山治理工作的影響降到最低。

此外，運(yùn)用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行空中三角測量可以實(shí)現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)的自動(dòng)匹配。利用專業(yè)軟件對無人機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行處理，由于軟件具有較高的自動(dòng)化程度，工作人員只需要輸入相關(guān)的信息便可達(dá)到理想的處理效果。同時(shí)，利用其數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配功能，有效的對測量區(qū)域的連接點(diǎn)進(jìn)行了測試，保障測量區(qū)域連接點(diǎn)的均勻性，但在無人機(jī)空中三角測量進(jìn)行時(shí)要注意連接點(diǎn)的增加問題，盡可能避免連接點(diǎn)位于測量區(qū)域邊緣處，使連接點(diǎn)盡可能分布在中心位置。

4 結(jié)語

綜上所述，在礦山治理工作中，應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)保障了礦山治理的效果，使得礦山治理更專業(yè)、效率更高、信息也更全面。在應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行礦山治理時(shí)，需要嚴(yán)格按照流程進(jìn)行測量。具體來說，在礦山治理中，無人機(jī)傾斜測量有礦山影像拍攝、礦山地質(zhì)測量、像控點(diǎn)測量、數(shù)據(jù)處理、礦山模型制作、空中三角測量技術(shù)六項(xiàng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)礦山治理質(zhì)量的穩(wěn)步提高。