司岩
辽宁省化工地质勘查院有限责任公司 辽宁省锦州市 121007
摘要：在矿山开采设计与矿山施工监理工作中，众多影响因素使传统的测量方法不能收集完整的信息数据。尤其在矿山建设初期进行测量工作时，道路设施不完善，测绘工作难开展，人员无法到达一些山沟和树木茂密地方，所以测量数据误差大，测绘工作效率较低，大比例尺地形图测量难度非常大。如果使用无人机摄影技术，能够发挥倾斜摄影的全面性，消除常规摄影的局限性。通过搭载不同的荷载组件，能够实现矿山全景信息建立，充分展现矿山全貌。
关键词：无人机；摄影测量技术；矿山建设
引言
矿山资源的分布条件非常恶劣与复杂，要实现矿山资源的顺利开发，保护区域环境，矿山企业在项目实施时，就需要借助于先进的测绘技术来进行矿山监测，保障监测的全面性与实时性。传统测绘技术在应用于矿山监测时存在着效率低下、精度不足的缺陷，在越来越复杂的矿山监测中，这些传统测绘技术显然不适用。随着无人机三维倾斜摄影测量技术的不断发展，该技术在矿山监测中的应用优势凸显，在未来将具有广阔的发展潜力，必将带动矿山行业的现代化。
1无人机倾斜摄影测量技术介绍
无人机倾斜摄影测量技术是近年来在测量领域发展最快的一个测量手段，其基本原理是借助无人机平台搭载多台数码相机，同时从垂直方向和倾斜方向等多个不同的角度对地物采集有效的高分辨率影像数据。最常用的是采用五个棱镜头的倾斜摄影系统。通过无人机上搭载的GPS/IMU获取监测对象的实时POS数据以及像控点数据，再经过内业相关软件的处理，获取数字表面模型（DSM)、数字正射影像（DOM）、三维模型和实时线划大比例尺地形图（DLG)等。相对于常规测量，无人机倾斜摄影测量技术所获取的成果具有地物几何变形低、成果多样性、全面而直观，且便于长期保存等优越性。
2无人机倾斜摄影测量技术特点
2.1测绘无人机种类及特点
常见的用于遥感测绘的无人机分为2种：多旋翼无人机和固定翼无人机。
2.1.1多旋翼无人机
优点：操作简单，轻便，造价相对低廉，可以定点悬停，适合拍摄细节照片。缺点：续航时间短，消费型无人机搭载镜头后飞行时间在30min以下，工业级多旋翼无人机飞行时间能达到50min以上，在大面积，长距离的测绘项目中备受局限。多旋翼无人机适合航拍，环境监测，侦查，建筑建模，灾害治理，特殊物体运输等小区域应用，所以在小面积工广区测量的信息采集上，宜选用多旋翼无人机。
2.1.2无人机倾斜摄影技术
无人机倾斜摄影测量可以生成数字表面模型DSM，能够表达地形起伏以及具有坐标信息的影像数据。将无人机作为航空摄影平台能够快速地获取分辨率较高的影像[5-6]。无人机倾斜摄影测量技术主要包括影像数据预处理、影像空三测量平差、三维建模、DOM、DSM、DEM、DLG的生成等内容。
2.1.3固定翼无人机
优点：续航时间长，抗风能力强，拍摄范围广。缺点：无法完成细节精细测量，工业级无人机费用高昂。固定翼无人机适合大面积航测，可用于区域监控，管道巡线，应急通讯，矿山输电线路测量等应用场景。
3概述无人机三维摄影技术的基本内容
无人机指的是无人驾驶的或者具备自动驾驶功能的飞机或者飞行器，在飞行时可以通过无线遥感设备来实现全面控制，无人机的飞行过程也就是其观测和采集信息的过程，在获得了全面的观测信息以后，无人机系统的通信模块会及时将此信息传输回去，而地面接收设备就可以自动对这些信息加以筛选、分析与整合。与传统的测绘技术相比，无人机的灵活性高、更为轻便、经济效益高、采集范围广，这一系列的优势使得无人机在地质地形监测和保护、矿山监测等领域有着极为广泛的应用。无人机系统中包含了多个模块和要素，主要体现在：①飞行平台，这一模块主要负责的是飞行和数据采集；②控制系统；这一构成要素的作用是进行全过程的控制，比如，飞机的飞行和命令发送都是由其来实现的，在这一系统中实现了飞行控制和设备管理、定位等各种技术的综合应用；③摄影传感系统，该系统在无人机的飞行过程中，利用摄影传感器，就可以有效实现定点曝光控制，通过对焦固定、相机锁定等技术，有保障了三维地面信息摄影的全面性；④地面接收系统，这一模块可以及时接收飞行器所采集的信息，对信息加以有效整合与处理。
4倾斜摄影技术测量原理
传统空三测量对倾斜影像数据处理效果不理想，所以需要结合飞机传感器提供的POS外方位元素数据进行联合平差，同时结合现场布设的控制点进行联合平差，通过误差方程解算出影像的外方位元素，以前方交会的形式求出点位的三维坐标[2]。倾斜摄影测量还用到了多影像密集匹配技术，利用求得的外方位元素构建立体像对，采用多影像匹配技术获取密集点云数据，由于多角度摄像形成了大量冗余点云数据，所以可以通过这些冗余数据校正错误的匹配信息，提高点云数据精度。经过多影像密集匹配后得到了能够表达地物表面起伏的高分辨率数字模型（DSM），通过软件分析，将合适的影像像素与DSM融合，形成统一的数字表面模型。再经过正射影像纠正步骤，建立全局优化采样策略，联合几何延伸特征进行纠正，最后才能得到我们所需要的数字模型。
5无人机倾斜摄影测量技术的其他应用及实例分析
5.1无人机倾斜摄影测量技术的其他应用
无人机三维倾斜摄影技术具有先进性，其技术优势非常突出，而这也为这一技术在其他领域的应用与推广提供了更多的可能性。无人机倾斜摄影技术主要应用于以下方面：①城市规划，在这一技术下，可以直接通过三维实景模型的构建来更为直观地呈现城市构造，实现对城市全貌的了解，为有关部门的规划和设计提供参考；②矿山监测，无人机倾斜摄影测量下，可以及时获得矿区内的全部影像资料，影像资料的获取更为便捷与高效，矿山企业可以直接利用这些影像资料来进行相应的生产工作；③电力规划，随着我国电力事业的稳步发展，电力工程的建设规模逐步扩大，在电力线路的规划建设中，无人机倾斜摄影技术可以通过三维实体模型的构建，进行线路规划和设计，保障电力工程各个细节设计的效果。
5.2绘制CAD线画图
生成模型后，还要根据模型绘制出相关设计所需要的二维线画图。图3为储煤场三维模型截图，不但可以使用EPS、CASS-3D等软件绘制出传统的矿区工厂平面图，还可以通过体积计算出储煤量，随时掌握煤场实际储量；在矿区建成后某些皮带廊加固或建设项目中，会涉及建筑物的立面测量，立面出图测量是传统测绘手段的薄弱环节。通过选用带立面测图功能的EPS5.0版本软件，可有效解决测绘专业绘制立面图的难题。
结束语
利用无人机倾斜摄影测量技术给矿区地形建模，能够方便的获取矿山建设需要的各种基础数据，精度满足工程建设及设计要求。受益于无人机及影像处理技术的发展，测绘工作越来越灵活，手段越来越先进，不但有利于设计工作的质量把控，生成的模型数据也更有价值，对于矿山建设、生产的全生命周期都具有重要意义。
参考文献
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[2]杨普法.矿山测绘中无人机倾斜摄影技术的应用[J].世界有色金属,2019(02):267+269.
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[5]洪志佳.无人机航空摄影测量技术在矿山测量中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2019(08):91.