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无人机倾斜摄影测量在矿山地质中的应用分析

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摘要:倾斜摄影测量在国内发展较晚,其通过无人机搭载一个竖直镜头和多个倾斜镜头,从不同角度采集影像,不仅能获取清晰的顶部信息,同时还获得完整的侧面纹理,后期生成的三维模型能从多角度进行信息量测,直观性强,精度高。该技术已在城市规划、文物保护等领域内取得了不错的效果,但在矿山地质测量中鲜有应用。基于此,笔者尝试将倾斜摄影测量技术应用到矿山地质中,详细阐述其内外业操作流程,通过得出的三维模型进行分析,并依据模型仍然能获取竖直摄影中的传统成果,达到真正的“一模多用”。

关键词:无人机倾斜摄影测量;矿山地质;应用

前言:中国是矿产大国,矿物种类多,分布广,开采及治理水平参差不齐。处理不当会引起资源浪费、环境污染等问题,甚至导致地质灾害,威胁生命财产安全。为了监督合理开发,检查私挖乱采,保护环境杜绝灾害的发生,需要摸清中国现阶段矿山地质情况,类如计算储量、定边定界等工作成为重中之重。因此无人机倾斜摄影测量技术的运用使数据成果既有很高的精度,还具备直观性,多方兼顾,达到良好的效果。

1优势

(1)定位精度。

众所周知,测量数据都存在误差,在必要观测条件下无法对误差进行消除和减弱,因此需要进行多余观测,倾斜摄影测量在相同条件下的数据量是竖直摄影的2~5倍,大大增加了多余观测,提高了精度。另外,阿贝比长原理规定:量测长度时尺子与目标平行则结果最优,角度越大则误差越大。而对摄影测量而言,如图1所示,O1、O2为两个不同角度的摄影中心,其摄影基线与目标越接近平行即光轴与目标尽可能垂直,则测量精度越高。传统摄影测量只从竖直方向观测,其基线平行于XY平面,因此该模式下的目标在XY方向精度最高,而与XZ、YZ平面角度过大使在Z方向的精度成为传统摄影的短板。倾斜摄影测量增加了大角度影像观测,其摄影基线与XZ、YZ平面的夹角大幅度减小,对某些特殊侧面甚至接近平行,由此不仅提高了Z方向精度,而且进一步减小了X、Y方向的误差。同时多方位的拍摄更好地获取了目标侧面的纹理,实现了不同角度信息的互补,对轮廓的还原效果更优。

图1倾斜多角度观测

(2)成果质量。

传统竖直摄影测量生成的基本都是二维平面数据,分析起来较为困难,对技术经验要求较高,某些盲区还需要后期现场补测调绘。而倾斜摄影测量的成果以三维模型为主,在高精度的数字表面模型DSM基础上进行纹理映射,直观性强,使用者能够方便地在模型上对矿山地质的剖面、沟坎、坡向线进行分析,对不同种类的区域例如采矿区、找矿区、废弃物堆积区等区域的判读率也提高了很多,此外还可以在模型上绘制传统竖直摄影测量生成的数据成果。因此,倾斜摄影测量为从业者提供了更加全面的基础数据。

2技术流程

2.1外业采集

由于建模对精细度要求很高,而旋翼机较固定翼飞行高度低,速度慢,能够很好地拍摄目标纹理,因此在飞行平台的选取上以旋翼机为主。相机应搭载多镜头,即1个下视镜头和数个倾斜镜头,通常以5镜头为主。根据测区地形规划航线,重叠度应在70%以上,分辨率应设定在5cm以内,并以此定义航高。若测区面积较大,单个架次无法完成时,应当在架次之间保留1~2条航线的重叠,以便后期能准确拼接。设定完毕后,飞机按航线飞行进行拍摄,其后检查像片是否有大量曝光、云烟遮挡现象,有无漏拍、序号与POS信息是否对应等情况,合格后便可进行下一步的处理。

2.2内业处理

由于现今倾斜相机还不能计算自身POS,只有下视镜头具有位置姿态信息,因此只能通过下视镜头和倾斜镜头的位置关系计算所有像片。将像片加载进相关建模软件,分别进行空中三角测量(简称空三)、点云匹配、DSM生成、表面重建、纹理映射等,生成最终的三维立体模型。同时,在该模型基础上,利用第3方软件,生成传统竖直摄影常出的数字正射影像DOM和数字线划图DLG,可谓是一模多用。倾斜摄影技术路线如图2所示。

图2倾斜摄影技术路线

3成果应用

3.1常规量测

在分析规划前,通常要基于数据结果对测区目标进行一个初步的了解,例如目标的长度、宽度,该区域的面积、体积,以及平面坐标和高程。而基于这些数值,传统的二维正射影像只能量取坐标,且无法测量Z方向的高度,数字线划图虽然平面高程信息都有,却无法可视化,加大了量取难度。三维模型在综合了二维数据优点的基础上,既能够清晰反映不同角度的纹理信息,同时还体现了平面高程的属性,在模型上能够轻松获得所需的各种基础数据,例如开采区的高度、宽度、面积、体积等,并且精度完全满足需求,为后期的工作打下基础。

3.2特征地物绘制

对于矿山区域需要准确知道其界限、边坡等信息的具体位置,以便对后期开采实行科学安全的管理。其中不免要对测区的边坡、沟坎进行准确描绘,并且记录在相关数据库中

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