王金玲，王愛鋒

（楊凌繪秦測(cè)繪有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712100）

近幾年，無人機(jī)技術(shù)受到各行各業(yè)的關(guān)注，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)逐漸發(fā)展起來，與傳統(tǒng)垂直攝影測(cè)量方法相比，傾斜攝影測(cè)量多了4個(gè)傾斜拍攝角度，在實(shí)際應(yīng)用中能夠獲得更加豐富的側(cè)面紋理信息用于實(shí)景建模，突破了傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)的局限性[1]。

礦山開發(fā)是促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，隨著礦產(chǎn)資源的利用程度越來越高，礦山環(huán)境普遍受到嚴(yán)重破壞，礦山土壤質(zhì)量變低，水土流失情況比較嚴(yán)重[2]。為了改善環(huán)境，保證地區(qū)的安全，對(duì)礦山地質(zhì)的勘察十分必要，摸清礦山地質(zhì)的特征，能夠及時(shí)避免在地質(zhì)勘察中可能發(fā)生的危險(xiǎn)，為后續(xù)的礦山開發(fā)提供前提和保障。近幾年，越來越多的礦山地質(zhì)勘察使用了無人機(jī)技術(shù)，利用無人機(jī)技術(shù)節(jié)省了大量的人力和財(cái)力，開展此項(xiàng)目可以大大提高礦山地質(zhì)的勘察效率，保證礦山資源安全開發(fā)。但是，目前無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)使用的設(shè)備大多是工業(yè)級(jí)無人機(jī)飛行器，設(shè)備價(jià)格昂貴，受損成本太大，同時(shí)受到測(cè)區(qū)環(huán)境的影響，在小范圍的區(qū)域或干擾較大的復(fù)雜環(huán)境下，應(yīng)用度不是很高。因此，提出Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山地質(zhì)勘察中的應(yīng)用，這種消費(fèi)級(jí)無人機(jī)成本低廉，具有較強(qiáng)的抗干擾性能，能夠盡可能地解決上述中存在的問題。

1 Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在礦山地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

1.1 優(yōu)化航攝方案

礦山地區(qū)具有一定的危險(xiǎn)性，在航飛之前，需要制定科學(xué)合理的航攝方案。

在使用Phantom 4 Pro無人機(jī)執(zhí)行航攝任務(wù)之前，確定無人機(jī)的飛行參數(shù)，在飛行參數(shù)的確定的情況下，選擇飛行方式和攝影方式，同時(shí)對(duì)工作量進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中最重要的是航線設(shè)計(jì)，理論上，航攝過程中需要采用平行航線折返拍攝，但實(shí)際上，航攝的設(shè)計(jì)需要根據(jù)實(shí)際需求，結(jié)合測(cè)區(qū)地形的變化和地物的復(fù)雜程度而變化，因此在設(shè)計(jì)航線前，對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行分區(qū)處理。

當(dāng)整體待測(cè)區(qū)域的分布特征呈現(xiàn)出不規(guī)則，并且測(cè)區(qū)范圍比較小時(shí)，采用外接矩形方式，將待測(cè)區(qū)域包含在矩形內(nèi)。

當(dāng)測(cè)區(qū)面積比較大時(shí)，為了便于攝影，將測(cè)區(qū)分為多個(gè)小分區(qū)，敷設(shè)航線在每個(gè)分區(qū)外接矩形上。對(duì)于小分區(qū)的范圍，則以單次航線無人機(jī)電池電量的支持范圍為主。

在以上設(shè)置的同時(shí)，對(duì)于航攝分區(qū)的規(guī)定，在分區(qū)時(shí)需要注意分區(qū)界線的位置是否一致。對(duì)于傾斜攝影測(cè)量，具體的拍攝方式需要根據(jù)待測(cè)區(qū)域的地物特征來選擇，在礦區(qū)內(nèi)，比較常見的地物有三種，分別是點(diǎn)狀、線狀和面狀地物。對(duì)于點(diǎn)狀地物，主要采集其周圍的立面信息，采取單鏡頭垂直對(duì)地物面環(huán)繞飛行拍攝，采集立面信息，飛行過程中控制物距調(diào)整飛行半徑時(shí)，主要以地物中軸線為中心，從地物底部環(huán)繞到頂部完成攝影；對(duì)于線狀地物，采用三鏡頭折線飛行方式，分別從左、右和垂直三個(gè)鏡頭分別獲取待測(cè)區(qū)域地物的影像信息，包括垂直影像信息和傾斜影像信息；對(duì)于面狀地物，不需要采集其立面信息，主要采集其頂面影像即可，攝像方式直接采用豎直攝影，保證航向重疊和旁向重疊即可。

按照以上對(duì)待測(cè)礦區(qū)的航攝方案的設(shè)計(jì)，獲取礦區(qū)整體的遙感數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，使其符合后續(xù)礦山地質(zhì)勘察中對(duì)遙感數(shù)據(jù)的實(shí)際需求。

1.2 獲取無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)及后期處理

基于上述中經(jīng)過優(yōu)化的航攝方案，針對(duì)礦山地質(zhì)勘察的實(shí)際需求，根據(jù)用戶提供的成圖要求，制定具體的飛行任務(wù)技術(shù)方案，在進(jìn)入航飛之前，申請(qǐng)空域飛行許可，收集當(dāng)?shù)刈匀坏乩項(xiàng)l件與氣候條件，制定飛行路線，對(duì)攝影參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算和設(shè)定。

根據(jù)航攝方案中對(duì)礦山區(qū)域的測(cè)量需求，設(shè)計(jì)Phantom 4 Pro無人機(jī)飛行航線，通過地面站軟件設(shè)計(jì)航線以及無人機(jī)的飛行參數(shù)。

在航線設(shè)計(jì)中遵守航攝方案中對(duì)航線的要求，考慮影響航線設(shè)計(jì)的各種因素，如地形地物、環(huán)境天氣、分辨率和重疊度等。在這些因素中，航線設(shè)計(jì)主要考慮的因素是分辨率、相幅大小和重疊率。如圖1所示。

圖1 航線設(shè)計(jì)參數(shù)圖

正常情況下，對(duì)于重疊度的設(shè)計(jì)主要考慮地形起伏對(duì)實(shí)際重疊度的影響，具體影響如公式1所示。

公式中qx和qy分別表示具體的航線重疊度和旁向重疊度值，q'x和q'y分別表示理論值，?d表示整個(gè)測(cè)區(qū)地形的基準(zhǔn)面高差之間差異，D表示Phantom 4 Pro無人機(jī)飛行的相對(duì)高度。在完成航線的設(shè)計(jì)后，布設(shè)量測(cè)所需的像控點(diǎn)，按照航帶網(wǎng)對(duì)野外的各個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行考慮之后布設(shè)，每段航帶網(wǎng)兩端對(duì)點(diǎn)間隔的基線數(shù)通過公式2計(jì)算：

公式中Hs表示加密點(diǎn)的平面中誤差，mm；oq表示視差測(cè)量中的單位權(quán)重誤差，mm；x表示像片放大成圖倍數(shù)；v表示相鄰控制點(diǎn)之間的基線數(shù)；Hi表示加密點(diǎn)的高程中誤差，mm；b表示像片基線長(zhǎng)度，mm；在完成像控點(diǎn)布設(shè)后，調(diào)試航拍相機(jī)，檢查相機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)空間，調(diào)整各項(xiàng)攝像參數(shù)，將無人機(jī)放飛，采集礦山地質(zhì)遙感圖像，獲取遙感數(shù)據(jù)。

一般情況下，采用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)采集的效果比較好的圖像比較困難，成像條件比較復(fù)雜，由于室外環(huán)境的干擾，獲取的圖像姿態(tài)極不穩(wěn)定，需要對(duì)獲取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，經(jīng)過優(yōu)化照片、構(gòu)建點(diǎn)云等操作后獲得校正后的正射影像。在后期處理中，主要使用Acute3D軟件對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期校正處理，得到高精度的正射影像及點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)重構(gòu)出礦山地質(zhì)模型，便于后續(xù)礦山的開發(fā)與地質(zhì)的進(jìn)一步勘察。

2 實(shí)驗(yàn)研究

在實(shí)驗(yàn)研究中選擇的測(cè)區(qū)為某市的開放性礦區(qū)，在相同的測(cè)試環(huán)境下，分別應(yīng)用不同類型的無人機(jī)，采用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲取礦區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)的精度為衡量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比不同無人機(jī)在礦區(qū)地質(zhì)勘察中的應(yīng)用情況。

在實(shí)驗(yàn)礦區(qū)部署多個(gè)檢查點(diǎn)，應(yīng)用不同的無人機(jī)獲得的檢查點(diǎn)精度如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)礦區(qū)檢查點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表

表中的?XY表示的是點(diǎn)位中誤差，在應(yīng)用傳統(tǒng)無人機(jī)的測(cè)量結(jié)果中，檢查點(diǎn)的最大點(diǎn)位誤差為1.651，檢查點(diǎn)的最小點(diǎn)位差為1.247，根據(jù)實(shí)際測(cè)量規(guī)范中的要求可知，點(diǎn)位中誤差的限差為0.5，以上結(jié)果均超過了標(biāo)準(zhǔn)范圍；應(yīng)用Phantom 4 Pro無人機(jī)的測(cè)量結(jié)果中顯示，檢查點(diǎn)的最大點(diǎn)位誤差為0.076，檢查點(diǎn)的最小點(diǎn)位差為0.041，與實(shí)際測(cè)量規(guī)范中的要求相比，均滿足限差0.5以下的要求。綜上所述，將Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在礦山地質(zhì)勘察中，其精度水平更能滿足測(cè)量需求。

3 結(jié)束語

在無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)迅速發(fā)展的今天，該技術(shù)已經(jīng)擁有了傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，在無人機(jī)測(cè)量技術(shù)日漸成熟的今天，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，是一個(gè)必要的發(fā)展方向，也是該技術(shù)逐漸成熟的標(biāo)志。利用Phantom 4 Pro無人機(jī)，采集礦山地質(zhì)遙感圖像，為后續(xù)礦山地質(zhì)勘察和礦山資源的開發(fā)提供幫助。但是研究過程中，未綜合考慮自然因素對(duì)影像勻色、勻光處理等問題，對(duì)于這些問題，仍值得深入研究。