无人机倾斜摄影测量技术在矿山治理中的应用研究

唐红文

（江苏科信岩土工程勘察有限公司，江苏 南京 210000）

在矿山开发与利用过程中，矿山治理一直是十分重要的、需要长期坚持的系统性工作，不仅关乎矿山生态环境质量的改善，还对矿山区域经济的可持续发展产生一定影响。而在矿山治理中，测量是为矿山治理的基础工作，其测量效果直接影响矿山治理决策，对矿山治理效果的优化起到了重要作用。但是长期以来，矿山测量方法存在落后、效率低下等缺陷，使得矿山治理工作决策存在一定盲目性，不利于矿山治理效果优化。因此，基于提高矿山治理效果角度考虑，本文以矿山治理为落脚点，分析无人机倾斜摄影测量技术的具体应用具有一定的意义。

1 无人机倾斜摄影系统基本信息概况

在无人机倾斜摄影测量过程中，航拍系统是获取原始影像信息的重要设备之一，具体有无人机、倾斜相机等构成，具体如下：

（1）无人机平台。由于无人机研发方向的不同，导致无人机性能标准也存在一定差异。在无人机倾斜摄影测量中，为实现对无人机飞行的有效控制，对无人机飞行标准提出安全性、实际升降机、有效载荷等方面的要求。首先，无人机最低载重量为2千克；二是多旋翼巡航速度应超过6米/秒，固定翼无人机巡航速度应超过10米/秒；三是电池动力续航时间应超过30分钟，内燃机动力续航时间应超过60分钟，抗风性能应超过4级风速，这样才能为无人机倾斜摄影测量提供支持[1]。

（2）倾斜相机的性能要求。在无人机倾斜摄影测量过程中，相机是不可控的，但是摄影照片可进行控制。如第一次倾斜摄影像素应尽可能地高一点，但要考虑设备成本，且单个镜头像素不得低于2000万，单次曝光像素不低于1亿。同时，工作时长应控制在一个半小时以上，不仅如此，倾斜相机应具备定点曝光功能，确保影像重叠符合具体要求[2]。

（3）倾斜摄影测量技术特点。一是倾斜摄影影像数据的三维性，倾斜摄影可以从多角度进行拍摄，从而获取多角度、全方位的影像数据，进而完整地呈现出地物地貌的颜色、位置等具体属性，并且可将地物的具体状况进行反馈。二是倾斜摄影影像数据的高效率性特征，通过无人机等飞行载体实现影像数据的全面收集，由于无人机具备操作简便、成本低廉等优势，可快速完成数据收集工作，并且无人机可在较大范围内完成纹理数据的获取工作，从而有利于三维建模工作效率的提升，继而节约三维建模成本[3]。三是倾斜摄影数据的高价值性。倾斜摄影测量技术在实践应用中，可从多角度、全方位获取图像数据，并且其中包含了被测区域的地理空间信息，同时可采取多种形式来输出数据成果，使倾斜摄影测量技术在多个领域中具有一定实用性，这也直接提高了倾斜摄影数据的价值[4]。

2 矿山治理中无人机倾斜摄影测量技术的有效应用分析

2.1 测区概况

本案例选择某地区的露天采石场为实验对象，该地区地形条件复杂，且测量区域的交通条件相对恶劣，仅有一条公路可顺利到达测量地区。该测量地区横向宽度为400m，纵向长度为500m。

2.2 目标确认和空域申请

在无人机倾斜摄影测量工作开始前，应做好一系列的准备工作，具体包括测量目标确定、飞行空域申请等。飞行计划内容具体包括以下内容：一是测量区域概况，测量区域的具体位置、地理环境及测区范围内示范田等；二是确定摄影比例尺和具体的航线高度；三是考虑工作便捷和安全等要求，合理选择无人机起降位置；四是基于数据精度等要求，合理选择分辨率相符合的摄影相机，五是综合考虑各项因素，如天气、工作要求等，确定最佳的拍摄日期[5]。另外，考虑空域资源利用和无人机飞行安全等要求，要求按照现行规定向相关管理部门申请空域飞行许可。倘若没有取得飞行许可，在低空飞行之前需结合实际，再次对飞行计划进行完善和制定，并在飞行计划中详细体现飞行时间、飞行范围等，待各项准备工作妥善后，向空域管理部门提出飞行空域申请。如下图1所示为无人机倾斜摄影测量技术在矿山治理中的应用流程图，需在目标确认和空域申请工作结束后，严格按照以下工作流程执行作业，从而确保无人机倾斜摄影测量工作效率及质量的提高。

图1 无人机倾斜摄影测量技术在矿山治理中的应用流程图

2.3 航线技术参数设计

无人机在航测期间应在预定轨道飞行，确保航拍作业的有效性和无人机飞行的安全性。在航线技术参数设计中，主要牵涉的参数包括飞行高度、飞行路线、像素覆盖设置等。关于测图比例尺对应地面分辨率的情况，具体如下：测图比例尺为1:500，对应地面分辨率为不大于5cm；测图比例尺为1:1000，对应地面分辨率在8cm到10cm之间；测图比例尺为1:2000，对应地面分辨率在15cm到20cm之间。

在地面各项准备工作完成后，地面应在排除天气条件影响的基础上，选择装载航拍相机的低空无人机执行具体的拍摄任务。同时，地面工作人员需对传输获取的数据进行详细核对，针对重叠不足、重点区域等需要做好补拍操作，避免影像数据不完整而影响工作质量。待各项工作完成后，应及时妥善做好无人机的回收作业。

2.4 点布设情况检查

在无人机倾斜摄影测量工作中，点布设是一项十分重要的基础工作，且直接影响无人机倾斜摄影测量的工作质量。因此，在点布设时，应严格按照现行规定进行作业。根据低空摄影成图精度要求，像控点布设过程应遵循以下原则：一是在复杂地区进行测量时，应在无人机航拍作业开始前，在地面合适的位置上安装相对清晰的标志，主要充当控制点。二是像片控制点按照航线设计，在整个测量区域内进行统一布设。在此过程中，需要密切注意的一点就是控制点应在同一位置的平面点和高程点上。三是像控点布设位置往往放置在航线重叠部分，若航线重叠度过小，或没有重叠，则要按照具体规定在此区域内规范布设像控点。四是在无人机倾斜摄影测量工作过程中，往往会受到光线、风等因素的影响，容易导致影像边缘与实际出现偏差，从而出现变形现象，进而导致相对投影误差偏大，对后期图像准确穿刺造成不利影响。因此，控制点布设往往选择在重叠点附近的中线小于3cm的位置，若距离超过3cm，为确保控制点布设的合理性，应考虑单独布设像控点。五是为满足无人机倾斜摄影测量工作要求，在像控点布设过程中，应以现行规定为基础进行布设，确保控制点布设应尽可能地放置在标准位置上。

此次检查点由像控点中选择6个作为检查点，并应用海大V30 RTK工具，利用GPS RTK测量方法对检查点的大地坐标进行测量，可准确获取露天矿山规划治理数据，并在Smar3D、Artmap等软件应用支持下，得出矿山开采范围、开采面积等具体信息，为矿山治理工作决策提供完整且可靠数据支持。

3 结语

综上所述，在矿山治理中，无人机倾斜摄影测量技术已得到推广应用，并直接提高了测绘行业的作业效率，对提高矿山治理质量和效率均产生显著效用。因此，相信未来无人机倾斜摄影测量技术会在相关领域中得到更加广泛的应用，服务于国家的建设。