无人机倾斜摄影测量在露天矿山监测中的应用分析

代飞龙

摘要：先谈一谈无人机倾斜摄影测量系统的组成，而后分析论述无人机倾斜摄影测量在露天矿山监测中的应用流程，最后提出无人机倾斜摄影测量在露天矿山开采范围监测、动态储量监测中的应用。

关键词：无人机倾斜摄影测量；露天矿山；开采范围监测

倾斜摄影测量技术是近些年来摄影测量区域获得良好发展的一种技术，在无人机技术的支撑下广泛应用在测绘行业中。倾斜摄影测量技术可以从5个不同的视角采集影像信息，以此得到精准且全面的地物信息，并且在建模技术的帮助下可以生成实景三维模型[1]。在当前的露天矿山监测中，无人机倾斜摄影测量技术已经有非常广泛的应用，可以协助完成露天矿山开采量与开采范围的测量任务，非常有助于提高露天矿山监测水平，未来有良好的发展潜力。本文结合当前无人机倾斜摄影测量技术的应用情况，更进一步探究无人机倾斜摄影测量在露天矿山监测中的应用，现作如下的论述。

一、无人机倾斜摄影测量系统的组成

就当前所使用的无人机倾斜摄影测量系统来看，主要由四个部分所组成，一是航飞自驾及惯导系统、云台、倾斜摄影相机、地面控制系统。航飞自驾及惯导系统可以自动感知无人机的飞行姿态，并控制无人机的飞行路线，主要由GPS模块、陀螺仪、地磁感应、控制电路组成。无人机倾斜摄影测量系统共搭载5个相机，包括1个垂直镜头和4个倾斜镜头，均以一定的角度安装在云台上，能够精准获取地物纹理影像。云台是一种安装与固定摄像机的支撑设备，可以避免无人机飞行姿态对相机拍摄角度造成影响[2]。地面控制系统主要有三部分组成，一是手动控制系统，二是电脑，三是信号传输系统。除此之外，无人机倾斜摄影测量系统运行时还依赖于一些设备，主要是降落系统、发射架和车辆。

二、无人机倾斜摄影测量在露天矿山监测中的应用流程

借助无人机倾斜摄影测量技术进行露天矿山监测时，需要重点开展六个环节的工作。具体来说，需要先收集与分析基础资料，而后开展航空倾斜摄影、相控测量、空中三角测量，在此基础上便可以三维实景建模和得到DSM（数字表面模型）、DEM（数字高程模型）、TDOM（真正射数字影像图）数据。

在资料收集与分析这一环节，工作人员要收集露天矿山监测区近期所拍摄的DOM影像数据，将DOM影像数据作为工作底图，为控制点布设、外业勘探提供依据。另外，工作人员需要收集露天矿山监测区的卫星定位等级点，协助完成测区相控测量。在航空倾斜摄影这一环节，工作人员需要在项目区范围内导入无人机控制软件，根据项目区测量要求设计航飞方案，需要重点考虑航高、重叠度这些参数信息。在此基础上便可以将倾斜相机搭载至无人机飞行平台上，开展航飞作业。在相控测量这一环节，要确保将像控点布设在明显位置，布设相控点时可以将野外铺地标点和选择明显地物点这两种方式结合起来，以提高像控点布设的科学性与有效性。应注意一点，所有布设的像控点均必须满足无人机倾斜摄影测量的要求，并应该结合实际情况多布设相控点。在测量相控点时，可使用CORS网络RTK测量，要求每一个相控点测量两次，将两次测量值的平均数作为相控点最终的坐标成果。在空中三角测量作业中，影像POS数据作为影像初始外方位元素，同时借助专业软件提取大量的连接点，完成POS辅助连接点自动量测、控制点预测区域网平差的任务，最后进行倾斜摄影空中三角测量解算，能够得到每一张航片的外方位元素。

完成前期各个环节的测量任务后，便可以进行三维实景建模。在三维实景建模作业中，工作人员要将已经获得的倾斜影像数据、相控成果作为基础数据，并结合已有的空三加密数据，在实景建模软件的帮助下顺利完成三维实景建模的任务。在三维实景建模过程中，有四个关键流程，一是根据实景建模软件的提示创建工程，二是数据预处理，三是处理控制点，四是多视匹配模型架构与纹理映射。这四个流程的处理工作至关重要，工作人员必须严格按照要求操作，以此获取精准的露天矿山三维实景模型成果。在生成DSM数据时，工作人员要利用好手中已有的空中三角测量加密成果、垂直影像数据、倾斜影像数据，在专业软件中构建高密度特征点云，此时便可以得到DSM数据[3]。在生成露天矿山监测区的DEM数据时，工作人员主要是利用空三加密成果，在专业软件的帮助下生成露天矿山监测区的三维点云数据，基于点云数据便可以生成DEM数据。在已有DSM数据和SEM数据的基础上，工作人员需要应用数字微分纠正技术改变原始影像的几何变形，此时露天矿山监测区的影像数据可以重复采样与处理，也可以因此得到所需要的TDOM数据。

三、无人机倾斜摄影测量在露天矿山监测中的应用

在当前的露天矿山监测中，主要是借助无人机倾斜摄影测量技术完成两个方面的测量任务，一是开采范围监测，二是动态储量监测。因为有TDOM数据和三维实景模型，所以工作人员可以直观且清楚的查看露天矿山各方面的信息，为后续一系列工作可以提供科学依据。

在开采范围监测这一方面，需要重点获取两点信息，一是露天矿山是否存在越界开采的问题，二是露天矿山的开采面积。通过应用无人机倾斜摄影测量技术，可以得到露天矿山监测区的TDOM数据，借助TDOM数据可以查看露天矿山监测区的范围和地形情况。判断是否越界开采时，工作人员需要提取露天矿山的开采边界，而后与采矿权证矿区范围拐点坐标叠加对比，此时便可以直观判断是否越界开采。如果出现越界开采的问题，则需要借助软件工具测量越界开采的面积。当前所使用的无人机倾斜摄影测量技术可以将精度控制在厘米级，所以能够精准计算出露天矿山开采范围和越界开采面积，在这方面的优势值得肯定。在动态储量监测这一方面，当前主要有两种方法，均有较好的应用效果。第一种方法是立体量测倾斜立体模型，在三维浏览软件工具的帮助下可以直接量测出所开挖的土方量。第二种方法是将DEM数据作为基础数据，借助GIS软件中的栅格区域统计工具计算差值面的各项参数，这样也可以得到露天矿山储量数据。DEM数据有较高的精度，所以能够真实且直观反映露天矿山的开采情况，是一种值得推广应用的方法。

四、结束语

在露天矿山监测中，无人机倾斜摄影测量技术发挥着十分重要的作用，当前在露天矿山开采范围监测、生态修复勘查、动态储量监测中均有广泛应用，直接革新了露天矿山监测的理念与模式，值得推广应用。后续要进一步加大无人机倾斜摄影测量技术的研究力度，更广泛的应用到露天矿山生态修复勘查、动态储量监测中，为露天矿山健康开采与科学管理提供技术支撑。

参考文献

[1]张晨琛.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[J].四川建材,2022,48(04):77-79.

[2]苗作华,任磊,王梦婷,汤阳,谢媛.露天矿山无人机倾斜摄影测量数据的准确性探究[J].矿业研究与开发,2022,42(02):164-168.