无人机倾斜摄影测量技术在矿山大比例尺地形图测量中的应用

刘 江

（甘肃省测绘工程院，甘肃 兰州 730000）

自我国北斗系统投入使用以来，以实时动态定位技术为基础发展起来的无人机航空摄影测量技术等得到了迅猛发展，显著提高了定位精度，对现代化无人机航测技术的发展起到了关键性的推动作用。我国是资源利用大国，在新时代背景下如何在较短时间段内探获更多的资源储量是当前的基本需求，这就对基础性的矿山大比例尺地形测量等工作提出了更高的要求［1］。无人机倾斜摄影测量技术具有效率高、成图快和精度高的优点，广泛应用于现代化测绘领域中。基于此，本文以某金属矿山的1／2000大比例尺地形测量为例，分析该技术在矿山大比例尺地形图测量中的应用。

1 无人机倾斜摄影测量概况

1.1 无人机基本概况

本次所选择的无人机型号为广州南方测绘科技股份有限公司生产的HO1300型无人机，主要由飞行器、遥控器、云台相机以及配套使用的South Ground Control地面站等组成。无人机倾斜摄影是以无人机为平台搭载了倾斜航摄仪以及高精度防抖云台等设备，并配备高质量的高能量密度动力电池等仪器。本次所选无人机能够飞行的最大速度为10 m／s，最长时间为50 min，具有自动返航功能［2］。倾斜航摄仪是由南方测绘数字公司生产的，该仪器避免了垂直摄影测量技术仅能获取垂直方向影像数据的弊端，实现了多方位、多角度获取测绘区域航空影像数据的目的。倾斜航摄仪是由1个垂直摄影镜头和4个倾斜摄影镜头组成，能够有效降低影像数据中的“留白”问题，显著提升了地形图测量精度。

1.2 倾斜摄影测量技术基本原理

倾斜摄影测量技术是在垂直摄影测量技术的基础上发展起来的，该技术的进步是基于实时动态定位技术、图像融合处理技术和数据处理技术等发展起来的。倾斜摄影测量技术是通过倾斜摄影镜头获得不同方位的影像数据，进而通过数据处理等方式获得精度更高的三维地形数据，对建设三维矿山、智慧矿山和立体矿山等有利。倾斜摄影测量技术主要包括原始数据采集、像控点测量、空中三角加密测量和地形图制作等重要流程（图1）。

图1 无人机倾斜摄影测量技术应用流程图

2 无人机倾斜摄影测量在矿山测量中的应用

2.1 原始数据采集

测绘区域位于我国西北地区的甘肃省境内，区域地形地貌变化较大，植被较为发育，总体上可划分为两个飞行子区。根据当地气候条件，影像数据最佳采集时间为每年6—9月的上午9时至下午2时之间，该时段内一般天气晴朗、无风或者微风。根据不同飞行子区的地形地貌变化特征，子区1的设计飞行行高为300 m，航向重叠度和旁向重叠度均为60%～65%；子区2的设计飞行行高为350 m，旁向重叠度和航向重叠度均为65%～70%。

2.2 像控点布设及测量

像控点测量是提高整体测量精度的基础，像控点的布设位置对测量精度影响较大。为提高测量精度，结合测绘区域地形地貌等，像控点的布设应遵循以下5个原则：①像控点的密度应根据地形地貌变化特征适当调整，即在地形地貌变化较大的区域可适当增大布设密度，如飞行子区1；在地形变化较小的区域可适当抽稀布设密度，如飞行子区2；②像控点一般布设在旁向大于100 m且航向基线大于1条的区域位置；③像控点应以容易识别和无争议的地物点为主，如山脊部位地形变化较小的区域等；④像控点的布设应尽可能避开高大建筑物，如高大植被等；⑤像控点的布设应以重复利用为基本原则，可作为其他水准测点以及测量控制点等。

2.3 空中三角加密处理

倾斜摄影测量技术有效弥补了垂直摄影测量技术仅能获取垂直方向影像数据的弊端，即有效减少了影像数据中的“留白”问题，提高了测绘精度。但是，在实际摄影测量过程中不可避免地因遮挡等问题而造成摄影“留白”，导致局部区域的影像质量无法达到精度要求，此时可通过空中三角加密处理解决该问题［3］。空中三角加密处理是提高测量精度的有效措施之一，是借助航拍过程中自动存储的POS数据文件经过方位元素预测处理等流程，将高大建筑物以及植被等影响因素剔除，即通过数据处理软件将空白区域进行数学计算模拟，“补全”相应的三维坐标信息。完成空中三角加密处理后再经过相对定向、绝对定向等操作，进而生产出DOM、DEM、DSM等产品。

2.4 大比例尺地形图制作

在完成空中三角加密处理后，经过相对和绝对定向，使用MapMatrix全数字摄影测量系统采集地形数据，通过软件平台中的自动生成等高线功能生产出1／2000地形数字线划图（DLG）。对生成的DLG文件进行内业核查，若发现问题，应及时查找问题原因，对需要补测的应进行外业补测或者调绘［4］。直至DLG无误后，通过手动处理方式增加其他地理信息标注点，如地名、水系、桥梁、高程等，其稀疏稠密应根据最终图件输出比例尺合理布局，以图件正确、美观为基本原则。

2.5 测量精度对比分析

为了分析本次无人机倾斜摄影测量在矿山地形图中的测量精度，对矿山范围内布设的像控点、水准点、矿山控制测量点以及部分钻孔位置点等进行外业高精度全站仪测量，进而与无人机倾斜摄影测量所获三维坐标进行对比研究，分析其精度是否达标，测量结果见表1。由表1可知，使用无人机倾斜摄影测量技术所获控制点的三维坐标与外业全站仪测量所获的三维坐标基本一致，二者的平面误差平均值为±0.13 m，最小值为±0.04 m，最大值为±0.25 m；高程误差平均值为±0.068 m，最小值为±0.014 m，最大值为±0.153 m。综上可知，本次使用无人机倾斜摄影测量技术获得的该矿山地形图精度完全满足1／2000矿山大比例尺地形图测量的精度需求，说明该方法快捷、可靠。

表1 无人机倾斜摄影测量与全站仪测量精度对比表

3 结语

综上所述，现代化科学技术的发展促进了现代化测绘技术的发展，尤其是无人机倾斜摄影测量技术，因效率高，成图快和精度高而广泛应用于各个领域中。本文通过对某金属矿山1／2000大比例尺地形图测量实践，结果表明该技术在大比例尺地形图测量中精度较高，完全满足1／2000矿山大比例尺地形图测量的精度需求，说明该方法快捷、可靠。