无人机三维倾斜摄影技术在露天矿山监测中的实践与探索

涂 勇，万 昕

（1.南昌市土地测绘工程公司，江西 南昌 330000；2.南昌市不动产登记中心，江西 南昌 330012）

随着矿山开采工作效率的不断提升，为保障矿山建设及生产的安全性，企业需要加强矿山监测，应用现代化测绘技术，获取准确的地质勘测信息，避开开采高危因素[1]。但是由于露天矿常占地面积较大、地形复杂多变，采用传统监测手段，工作量大，工作效率低，且数据精度得不到有效保障，且现场测绘人员还会因为露天矿边坡滑坡而面临人身危险。无人机三维倾斜摄影技术的应用，充分地满足了露天矿山监测的需求，采用无人机低空多角度镜头摄影的方式，可即时获取清晰的地标物立体影像，获取精准数据信息。

1 无人机三维倾斜摄影技术概述

无人机（unmanned aerial vehicle,UAV）通常是利用无线电遥控设备及加载好的程序控制装置来操纵，或者是由车载计算机完全或半自主操控，相比于传统的人工驾驶飞机来说，无人机具有轻便灵活、造价低的优点，能够适用于各种复杂环境的作业，目前被广泛应用于航拍、农业、灾难救援、观察野生动物、监控传染病等领域中[2]。

从系统框架上来说，无人机测量系统主要由以下几个部分组成：①无人机飞行平台。固定翼无人机成本较低，且飞行平稳，在带状地形图测图项目中应用广泛；②飞行控制系统。其作用为飞行控制和任务设备管理，由自驾仪、GPS定位装置、姿态陀螺及无线电遥控系统组成，能够有效控制无人机的各项航行参数，并将这些飞行参数能够及时传输到地面控制平台中，让工作人员实时掌握无人机的航拍情况；③摄影传感器。无人机测量系统中常用的摄影传感器有多种，其中较为常用的是EOS 5DMarkⅡ,在无人机航拍过程中，采取飞控系统进行快门定点爆光的控制，对焦固定在无穷远处，并锁定相机的内方位元素，采用固定光圈及二轴稳定云台；④地面控制系统。在航拍前期，通过地面控制系统明确测图区域，进行航线设计及无人机航行参数设置，而在航拍阶段则需要通过这一系统监测航拍情况，无人机结束航程后续进行导航文件的输出及整理，并且进行影像质量评估。

无人机三维倾斜摄影技术的研发，突破了传统的测绘作业模式，在露天矿山监测中应用，可实现矿山生产建设的全过程监控，体现出了以下几项技术优势：①通过垂直及倾斜等多个角度采集遥感影像，可全面直观地反映出地标物周边的真实情况；②能够完整地采集到建筑物侧面纹理，反映出地标物的具体信息；③在倾斜影像中，可实现单张影像的量测；④数据量较小，便于传输、共享。

2 无人机三维倾斜摄影技术在露天矿山监测中的实践与探索

2.1 技术应用流程

在露天矿山监测中，无人机三维倾斜摄影技术的应用流程如下：①需求调研阶段。根据露天矿山监测范围，适当外扩后作为无人机航拍区域，确定DOM分辨率及三维模型分辨率；②航线设计阶段。确定航拍范围后，进行现场踏勘，收集测区的地质、气候等信息，制定航测计划，导入无人机控制软件，设置航高、带宽、重叠度、地面分辨率等参数，合理规划航线，并将之录入到飞行控制系统中；③外业航拍阶段。同一个飞信平台上，需搭载5台传感器，从一个垂直角度及四个倾斜角度来采集地标物的多方位影响，拍摄照片时需记录当时的无人机航行参数，比如说高度、速度、方向、坐标等，再进行数据处理和分析，此时可以结合应用GPS技术，嵌入地理信息及影像信息，获取更为详细全面的测绘信息，并通过额外操控无人机补拍的方式补充信息；④内业处理阶段。应用技术相关软件Arcgis、inpho、smart3D等对所获取的数据进行处理，获取数字正射影响及三维立体模型；⑤成果质量评定。对数据精度以及图面的拼接拉伸痕迹进行检查，若符合要求则说明项目质量达标。

图1 无人机三维倾斜摄影技术应用流程图

2.2 技术应用成果

在露天矿山监测中，无人机航空遥感摄影技术的成果主要有：① 可获取具有较高分辨率的地标物三维倾斜立体模型及数字化信息，以及详细精准的DOM数据，应用Arcmap 软件，可进行平面测量，实现矿产开采范围及开采面积的检测；②应用smart3D软件，能够实现三维倾斜立体模型的立体两侧，计算出开挖土方量，而通过不同阶段的量测数据，可实现矿山开采的动态监测；③由于所获取的影像分辨率较高，管理者可清晰直观地观察到露天矿山的建设生存情况，并以此为依据开展开采生存调度、矿山环境保护、排水疏干等工作。

3 结语

无人机航空遥感摄影技术在现代化测绘技术体系中的一种，具有经济适用性好、测绘效率高、测绘数据时效性强且准确度高的优点，被广泛应用于各个测绘工程中。而随着科学技术的发展，其技术内容发生了变化，摄影角度增加，通过无人机三维倾斜摄影技术，测绘技术人员可获取垂直及倾斜等多个方位的地标物影像，自动生成三维地理信息模型，实现对于地标物的立体监测。在露天矿山测量工作中，应用这一技术，可获取监测区域的地貌原始地形图，并随着矿山的建设生成，获取建筑物、管线等的具体信息，为工程设计提供依据，同时进行采场与排土场尾矿测绘验收、月工程量的测量验收等。