无人机倾斜摄影技术在矿山测绘中的应用

无人机倾斜摄影技术在矿山测绘中的应用

崔静 张伟 周晓威

龙口矿业集团工程建设有限公司 山东 龙口 265700

摘要：无人机航测技术包含垂直摄影技术和倾斜摄影技术两个方面,后者有效的改善了垂直摄影无法获得更多方位信息的弊端,逐步实现了多角度获取测绘区域信息的目的,显著的提高了测绘精度。与传统的测绘技术相比,无人机倾斜摄影技术具有精度高、周期短的优势,因此逐渐应用于各行业中。

关键词：无人机；倾斜摄影技术；矿山测绘；应用

矿山建设离不开大比例尺矿山地形图的测量工作,矿山测绘伴随着矿产资源勘查、开采以及矿山恢复治理等整个过程中。因此,如何提高矿山测绘效率和提高矿山测绘质量成为限制矿山企业发展的一个环节之一。随着现代化矿山建设需求,传统的矿山测绘技术在测绘周期、精度等方面无法满足现代矿山测绘周期短、精度高的基本要求,因此矿山测绘中逐渐引入了更多的现代化测绘技术,如无人机倾斜摄影测量技术等,并取得了良好的应用效果。

1无人机倾斜摄影测量技术概况

无人机航空摄影技术包括倾斜摄影测量技术和垂直航空摄影测量技术,前者有效的弥补了垂直摄影测量技术无法获取测绘区域侧面信息的缺陷,实现了多角度获取地面地物信息的目的,即无人机倾斜摄影测量技术实现了地物三维信息的获取,这为矿山测量由二维向三维发展奠定了基础。无人机倾斜摄影测量技术是以无人机平台为基础,搭载多台无棱镜对测绘区域以不同角度进行航空拍摄。无棱镜镜头角度要根据不同测绘区域地形地貌变化特征、无人机设计行高等调整曝光周期等。倾斜摄影测量技术的应用较早,早期阶段主要应用于有人飞机上,以通过摄影影像获取建筑物立面的纹理信息为主,并未应用于地形测绘等领域,即应用领域极为局限。随着无人机技术的快速发展,结合现代化动态GPS定位技术、图像融合处理技术的快速革新,逐渐将倾斜摄影测量技术与无人机技术相结合,实现了大比例尺地形测绘等,也逐渐的应用于矿山测绘、工程测绘等领域,扩大了社会服务范围,提高了测绘精度和缩短了测绘周期。

2无人机倾斜摄影技术优势分析

与无人机垂直摄影技术以及其他测绘技术相比,无人机倾斜摄影技术具有明显的优势,主要体现在:①无人机倾斜摄影技术实现了多角度、多方位实时动态拍摄的目的,促进了矿山测绘由二维向三维转变,为实现智能化矿山奠定了基础;②具有分辨率高的优势,无人机倾斜摄影技术采用了多个无棱镜头,实现了多角度、多方位拍摄的目的,有效的弥补了垂直摄影仅能获取垂直影像的弊端,提高了影像资料的分辨率和精度;③降低了测绘盲区的出现概率,垂直摄影技术受地形地貌以及垂直摄影影像,在测绘过程中往往出现较多测绘盲区,而无人机倾斜摄影技术有效的改善了上述弊端;④具有经济优势,无人机倾斜摄影技术能够在较短的时间内获取较大面积的影像资料,减少了的大量测绘人员外业工作量,缩短了测绘周期,降低了测绘成本,具有较高的经济意义。

3无人机倾斜摄影技术在矿山测绘中的应用

3.1空中三角加密测量

无人机倾斜摄影测量通过其他摄影相机获得了不同角度和方位的影像数据,与垂直摄影技术所获影像数据相比,前者的地物信息更加全面,但是多角度、多方位影像数据为数据的计算带来了困难,也意味着倾斜摄影测量所获影像数据在计算过程中不仅需要考虑垂直方向上的计算,还需进行多视角、多方位方向上的计算问题,而传统的计算方式无法同时满足上述两种情况的计算需求。此时,需要将航拍过程中自动存储的POS数据进行解算,生产出多视角联合空中三角加密测量,对影像资料进行优化处理,进而为生产矿山地形图奠定基础。

3.2像片控制测量

像片控制测量是无人机倾斜摄影技术中必不可少的环节,能够有效的提高航测精度。因此,像控点的布设要严格按照相关标准规范以及地形地貌变化特征执行,需注意以下几点内容:①像控点的布设密度要根据地形地貌变化进行调整,对于地形地貌复杂多变的区域,应尽可能的提高像控点的密度,在地形平坦区域或者地形地貌变化幅度较小的区域可以适当的降低像控点的密度;②若测绘区域需要进行划分子区,则像控点一般布设在图轮廓线外,且应该位于旁向大于100m的部位。

③像控点的布设位置应在空中易识别的位置,一般可布设在不存在争议的容易识别的区域,如田角、房角等部位;或者可以布设在地形较高的山头处,一般位于山头地形较为平坦的区域;④尽可能的避开植被发育区域或者高大建筑物拐角等部位,在上述部位容易因遮挡而使得像控点无作用,降低航拍精度;⑤像控点的布设应尽量避开测绘区域大面积水域区域;⑥像控点的布设应充分考虑再利用原则,尽可能的布设在交通条件好以及易于保存的区域。

3.3点云数据获取

由于倾斜摄影测量获取的影像数据包含了垂直方向和倾斜方向的影像数据,因此,单一的影像数据模式不能满足数据解算的基本需求,还需要进行多视角、多方位上的计算问题,此时需要进行多视角联合空中三角加密测量。在完成多视角联合空中三角加密测量的基础上,经过连接点提取、自由网平差、纠正、区域网平差等处理,进一步生产出密集点云数据。在密集点云数据获取过程中需要经过点云数据的提取、合并、优化等处理,并经过航拍过程中自动存储的POS数据的外方位元素,采用特制匹配的方式获取高密度点云数据,进而输出高密度DSM数据等,为建设三维矿山地形提供基础资料。

3.4外业调绘及补测

在完成数据处理后,可生产相应的DEM、DOM、DSM等产品,但是由于无人机倾斜摄影过程中因遮挡等因素影响造“留白”的出现,为了提高无人机航测整体质量以及精度,需要开展外业调绘或者补测工作。因此,在数据处理过程中将“留白”区域以及存在争议的区域标注出来,及时开展外业补绘或者调绘工作,一般采用传统的全站仪进行。此外,对于影像中不确定的地区或者复杂区域也应该分类标注,在外业调绘或补测中核查。

矿山地形图生成

无人机倾斜摄影测量在矿山测绘中的应用主要体现在矿山大比例尺地形图的测量方面,矿山测绘任务类型较多,但无人机倾斜摄影技术的应用较为局限,主要为矿山大比例尺地形图的测量工作。在密集点云数据获取之后,根据矿山测绘之前分割的子区块进行地形信息的提取处理。由于无人机倾斜摄影技术拥有较高的自动化程度,因此在地形信息获取过程中可依靠计算机软件平台自动处理,显著的提高了地形信息获取效率。在实现地形信息数据自动生成后,根据矿山需求比例尺要求手动采集其他信息。对生成的地形图及时核查,对于有错误的区域及时进行外业补测及修测工作,直至地形信息无误为止。

结论

综上所述,无人机倾斜摄影测量技术在矿山大比例尺地形图测绘中具有明显的优势,显著的减少了测绘人员外业工作量,提高了测绘效率,降低了测绘成本。将无人机倾斜摄影测量技术应用于矿山测绘,明显的提高了测量精度,为矿山建设奠定了基础。此外,倾斜摄影技术获取的影像数据含有三维信息,为建设三维矿山以及智能化矿山奠定了基础。

参考文献：

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