1、144管理及其他Management and other倾斜摄影测量技术在矿山测绘中的应用探讨潘海利摘要：针对传统矿山测绘成本高、效率低、周期长、成果用途单一的问题，本文提出采用倾斜摄影技术进行建模，基于实景三维模型生产传统测绘产品，并对其精度进行检测，结果表明，本文的方法生产的测绘产品精度高，且较传统方式优点明显，具有一定的推广应用价值。关键词：倾斜摄影测量；实景三维模型；矿山测绘；三维矿山传统矿山测绘，使用的是全站仪、RTK等设备，这些设备虽然可以获取高精度的矿山测绘产品，但是其作业成本高、风险高、劳动强度大、效率低、周期长、测绘产品单一，不利于成果的再次应用。倾斜摄影测量技术是近年来发展
2、起来的一项新型测绘技术，笔者在分析了倾斜摄影的优势后，提出采用倾斜摄影的方式进行矿山测绘产品的生产，并对其生产的成果精度进行了检测，精度可以满足项目需求，具有一定的实用性。1 倾斜摄影技术1.1倾斜摄影测量技术倾斜摄影测量是相对垂直摄影测量来说的。垂直摄影测量，是指在无人机上搭载单镜头相机，垂直地面进行影像数据采集，然后进行测绘产品的生产。而倾斜摄影测量技术是指在飞行平台上搭载多台航摄仪，从空中对地面从多个角度同步获取影像数据，然后利用专业软件进行实景三维模型的生产，并基于模型进行一系列测绘产品的制作与分析应用的技术。目前常见到的倾斜摄影相机组合有摇摆2镜头、3镜头、5镜头以及扫摆9镜头等，其
3、中最常见的多台航摄仪为5镜头，其由1个下视和4个侧视相机组成。下视相机主要用来获取被摄物体的顶部信息，而侧视相机主要用来获取被摄物体的侧面信息。5镜头相机，其下视相机与侧视相机夹角一般为45，这样获取的影像信息更加丰富。在相机选择时，考虑到倾斜相机和下视相机的夹角为45，通过计算可知，要想保证倾斜相机和下视相机获取的影像分辨率相一致，则倾斜相机的焦距应该是下视相机焦距的1.4倍，即倾斜相机焦距若为50mm，则下视相机焦距应为35mm，这样获取的影像分辨率相一致，对于空三解算来说，可以有效提升空三的解算效率和成功率。1.2倾斜摄影作业流程采用倾斜摄影测量技术进行实景三维模型生产的主要工作可分为两
4、部分，即外业工作和内业工作。外业工作内容主要包括测区现场勘察，已有资料的搜集和分析，然后基于已有资料进行空域申请、航线规划和影像数据采集。为了提高成果的精度，在航飞作业前，需要进行像控点的测量。在倾斜摄影作业中，像控点一般通过内业选点位，外业现场喷涂靶标，然后进行坐标采集。内业作业内容主要包括数据预处理，即对航飞的影像成果和测量的像控点成果进行整理；空中三角测量解算、控制点转刺平差、多视影像密集匹配、不规则三角网构建、白膜生成、纹理映射与模型格式转换输出。1.3倾斜摄影作业软件相对于传统垂直摄影测量来说，倾斜摄影成果更加真实，盲区更少，但是数据冗余度高，使得数据解算困难增大。目前常用于倾斜摄影
5、数据解算的软件有美国本特利公司的ContextCapture（简 称 CC）、上 海 瞰 景 科 技 的 Smart3D、北 京 中 测 智 绘 的Mirauge3D（简称M3D）、武汉大势智慧的重建大师、大疆的大疆智图等。这些软件各有优缺点，对于数据解算来说，不同软件搭配组合使用，才可以获取更高质量的成果。比如M3D和CC的搭配，既可以解决海量数据空三解算失败的问题，也可以解决海量照片解算空三精度低的问题。2 案例分析某一煤矿需要生产0.05m分辨率的真正射影像和1：500的地形图成果，便于后期进行开采规划、开采量、填埋量和越界开采监管。为了实现这一要求，本文在综合分析了各种测绘方法的基础上
6、，选择利用倾斜摄影技术进行实景三维模型生产，然后基于实景三维模型进行真正射影像和1：500地形图的生产。倾斜摄影测量工作主要分为两部分，即外业工作和内业工作。2.1外业工作外业工作主要包括测区已有资料收集，空域申请，控制点喷涂与采集，航线规划，航空影像数据获取等。2.1.1资料收集本次任务区面积约5km2，测区内地形高差起伏较大，测区周围有2个高等级控制点，可以作为本次控制点的检校点。已有2017年航飞的2000国家大地坐标系下的0.2m正射影像，可以作为底图，进行控制点的布设。2.1.2空域申请近年来，无人机测绘成为基础测绘产品生产的主流方式，但是随着无人机的不断增加，无人机坠毁事故也频发。
7、无人机测绘145管理及其他Management and other作业要求中明确表明，在对某区域进行作业，需要对该区域进行报备，在获取空域的使用权限后，才能按照空域申请中写的内容进行航空作业，因此在本次作业前，对该区域进行了空域的申请。申请内容主要包括了航摄范围、航摄高度、作业时间等。通过申请，本次获得了该区域空域的使用权限。2.1.3控制点喷涂与采集首先将84坐标系下的范围线转到2000国家大地坐标系下，然后将其和影像加载到ArcGIS软件中，按照300m的间距均匀布设，在布设点位时，要尽可能布设到容易到达且安全的地方，任务区边缘，要求布设的点位将范围线覆盖全。然后将布设的点位和影像套合输出
8、，制作成电子版，拷贝到手机上，按照底图指示，现场进行点位喷涂和采集。本次点位形状选择“L”形，边长尺寸为80cm，这样在0.2m分辨率上影像上清晰可见，不会影响点位的转刺。喷涂完成后，利用GPS-RTK采集周围已知高等级点坐标，和原有成果进行比对，确保本次仪器内部参数设置准确，然后进行控制点坐标的采集。为了减少偶然误差带来的影响，在采集点位时，每个点位要求采集三次且每次较差均小于1cm，否则该点进行重新测量。在采集的过程中，要严格按照仪器使用要求进行，必须是气泡居中的条件下测量，否则采集的坐标有可能会超限。在采集点位的同时，需要对点位的位置照片进行拍摄，分别拍摄远景照片和近景照片。远景照片要从
9、不同角度拍摄，内业要可以通过点位照片找到实际控制点所在位置，近景照片要能反映采集的实际位置。按照同样的方式，在整个任务区精度薄弱区域，随机采集检测点24个，这些检测点主要采集在特征点上，便于后期对成果精度进行检测。2.1.4航线规划由于测区高差起伏较大，因此要想获取高分辨的影像，需要采用变高飞行或仿地飞行的作业方案，本次选用仿地飞行方案。首先在WPM软件中，按照0.2m分辨率进行固定航高的航线规划，然后将规划好的航线上传至飞控，获取任务区单镜头影像数据，然后利用pix4d软件进行空三加密，转刺少量控制点进行平差调整，然后生产得到较高精度的DSM数据。将DSM数据导入到WPM软件中，进行仿地航线
10、规划，并将规划好的航线导出，导入地面站软件中，为下一步影像数据的采集做准备。本次在仿地航线规划中，设置地面采样分辨率为0.045m，航飞高度80m，航向和旁向重叠度均设置为85%，这样可以有效降低航拍盲区，增加航拍影像成果的可用信息；并对航向和旁向均外扩一百米，这样可以保证航摄边缘生产的三维模型更加完整，精度更高。2.1.5航空影像数据获取将规划好的航线上传至飞控，然后进行影像数据的航拍任务。在航拍前，首先需要对无人机进行检查，主要检测无人机各部件安装是否牢靠，电池电量是否充足，在地面上，通过试拍的方式检查相机是否正常作业，内存卡是否可以正常读写数据等，在完成航拍前的安全检查后，在确保起飞区域
11、安全的前提下，完成无人机的起飞。无人机按照规划好的航线进行影像数据获取，飞手需要时刻关注地面站上飞机的飞行状态，确保飞机在正常作业，如若发现飞机未正常作业，且有可能发生危险，需通过必要手段将飞机降落或返航，以免带来危险。本次任务共航飞3架次，共获取有效影像数量35875张。2.2内业工作内业工作主要包括航飞成果的预处理，工程创建，空三加密，实景三维模型生产和高精度真正射影像生产等。2.2.1数据预处理本次5镜头获取的影像数据，每个镜头对应影像命名都是一致的，这不便于后期数据处理。利用拖把更名器软件，对影像进行重命名，在已有的命名规则上，按照镜头编号进行影像命名。在POS数据记录时，由于记录的是
12、下视镜头的相机曝光时的位置和姿态，对于数据解算来说，五镜头的侧视镜头的位置和姿态与下视镜头来说，还是存在一定的差异的，因此以下视镜头代替侧视镜头进行空中三角测量解算，其精度还是会有所降低的，因此需要对POS进行解算，得到位置和姿态更加准确的POS数据。针对这一问题，本次POS数据优化，结合了相机平台的安置参数，以下视镜头的POS作为标准，利用自主开发的POS参数解算软件，对侧视相机对应的POS数据进行解算，按照影像名，对解算后的每个镜头的POS进行重命名。本次采用的5镜头相机，其是通过后期人为进行组装的，因此其焦距相对于出厂设置来说，是有较大的差异的。而焦距对于影像数据解算来说是至关重要的，因
13、此需要对相机焦距进行解算优化。由于5镜头相机检校成本高，因此在实际数据生产中，主要采用软件自检校的方式进行。首先每个镜头选取100张影像，要求5镜头选取的影像是一套，并将总共选取的500张影像加载到软件中，对少量照片进行空中三角测量解算，得到优化后精度较高的相机焦距，为后续所有影像数据的解算提供准确的相机焦距参数。采矿导致了空气中微小颗粒增多，因此本次采集的影像，整体上来说颜色较暗，且比较模糊。针对这一问题，本次在进行数据处理前，利用航天远景的EPT软件，对航飞原始影像进行匀光匀色处理，从而提升影像的质量。首先选择一张清晰度高，地物信息丰富的影像作为模板影像，然后以其为参照影像，对所有影像进行
14、匀光匀色处理。2.2.2新建工程本次数据解算，选用目前主流的国产建模软件Smart3D。首先新建工程，设置工程名和工程路径，然后设置集群路径，为了可以集群作业，本次数据所在盘和任务所在盘，均为共享的磁盘，能够保证可以正常集群作业。工程创建完成后，加载影像数146管理及其他Management and other据和POS数据，并结合已有的相机检校报告，调整每个相机的焦距，确保后续数据的解算精度。2.2.3空三加密复制空三任务，然后在复制的成果上提交空三加密任务，为了提高数据的解算精度，本次在参数设置方面，选择下视镜头为参照数据，让侧视镜头以下视镜头为参照进行空三的解算，其余参数按照软件默认的即
15、可。在主机上，打开引擎控制工具，对辅机上的引擎路径进行修改，确保所有集群电脑都参与空三数据的解算。空三完成后，采用人机交互的方式对空三成果进行查看，空三成果未出现弯曲、分层现象，成果良好可用。将控制点导入加密好的空三上，然后按照软件刺点的方法进行控制点的转刺。本次转刺，只转刺软件预测的绿色和黄色部分的影像，对于红色部分的影像，为了保证精度，不进行转刺。刺点完成后，去掉下视镜头作为参照这一选项，其余参数默认，提交平差任务。待平差完成后，查看空三报告，控制点中误差为0.003m，加密点重投影中误差为0.31个像素，远小于规范要求的2/3个像元大小，表明本次空三成果可用。2.2.4测绘产品生产本次测
16、绘产品主要包括实景三维模型，1：500地形图和分辨率为0.05m的真正射影像。首先按照需求，设置瓦片切块方式和瓦片大小。本次数据生产电脑，内存最低配置为32G，瓦片大小设置为100m的矩形，其所需内存约为15G，可以保证在数据解算时有足够内存被使用，确保瓦片能够正常输出，切块方式选择规则平面格网划分，这样能够保证所得到的模型在Z方向上不会被裁切。然后设置输出格式为OSGB，输出坐标系统与控制点的一致，为2000国家大地坐标系，并采用高斯克吕格投影方式，按照3度分带进行投影，然后其余参数默认，提交建模任务。在模型完成的基础上，设置真正射影像输出分辨率为0.05m并提交生产任务，完成真正射影像的生产。本次生产1：500的地形图，选用清华山维的EPS软件进行。首先加载OSGB模型和元数据xml文件，将二者进行转换，得到EPS软件能够直接加载的DSM索引文件，然后加载真正射影像和索引文件。地形图的采集在DSM上完成，然后对完成的部分，可以套合真正射影像进行检查，确保及时发现遗漏区域，并对采集的成果精度进行检测，确保采集的成果精度可以满足项目要求，成果完整可用。3 精度检测与统计本次精度检测，主