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摘要 ：由于矿山地质环境的复杂性，传统的测量方法 难以满足矿山的实际需求，并存在测量效率低下、测量效 果差等问题。近年来，随着我国遥感技术的发展，无人机 倾斜摄影测量技术逐步在矿山的监测工作中得到推广应 用，提高了监测效果和质量。本文针对目前露天矿山的监 测与治理状况，探讨了在实际监测中采用无人机倾斜摄影 测量技术所面临的具体问题。
关键词 ：无人机倾斜摄影测量,露天矿区,矿区监测
矿业是人类社会和经济发展中的重大问题，它直接影 响着人们的日常生产和国民经济的发展。然而，我国矿业 企业长期以来在矿山的开发与利用过程中存在技术和管 理上的问题。同时，矿山的采矿技术相对落后，缺乏科学 的环保与规划意识，造成了大量固体废料的积累，严重影 响了当地生态环境。从矿业公司的角度来看，高质量的矿 山测量可以为金属矿产的生产提供技术指导，提升生产经 营水平，带来更大的经济效益。实景三维模型是近年来地 图工业发展的一项新的信息技术，与传统的垂直摄影法相 比，利用多个摄影机以不同角度(通常为五个角度)从垂 直和倾斜方向收集图像，通过专门的软件进行空间三维建 模和自动制作， 能够快速、自动地生成全要素、精细、可测 量的三维模型。该技术解决了传统航空拍摄技术的问题， 例如只有平面图像难以准确获取物体的侧视图，而倾斜成 像技术则能以立体方式呈现物体的真实状态 ;同时，可以 通过三维建模对其进行精确的三维检测。在矿山监测过程 中，可以对矿山地质背景、岩性、地层结构等进行综合评 估，为矿山今后的生产工作创造良好条件。
1 露天矿区监测现状以及新测绘技术的应用可行性研究
金属矿的监测是金属矿安全生产系统中的重要组成部 分，对金属矿的监测工作进行了全面分析， 具有重要意义。 总体上，国内大部分的露天矿山规模较大，地形复杂，在 监测和管理过程中，仅采用常规方法进行监测和管理难以 提高效果。这主要是由于传统测量方法需要耗费大量人力 物力和时间，往往导致采集到的资料不够准确、数据不完 整，很难保证矿山的安全生产。例如， 全站仪、GPS等传统 测量仪通常采用单点法，虽然能实现连续测控，但点位分 布的问题很突出，难以全面反映和分析露天矿的采剥量。 三维激光扫描仪虽然能完成露天矿山的三维重建并迅速采集三维数据，但成本较高，对站场条件也比较苛刻，纪 律性也比较强。无人机倾斜摄影测量技术是新时代测绘技 术的重要组成部分，能有效将无人机、倾斜摄影测量和计 算机视觉技术相结合，从多个角度对露天矿山进行摄影。 该方法能较好地解决传统航空垂直摄影测量方法的不足， 提高测量的效率和准确度。结合目前的实际应用，无人机 倾斜摄影测量技术已被广泛应用于各个工业领域。该方法 不仅适用于矿山的监测和管理，还可以广泛应用于城市的 三维建模、紧急救援等方面。
2 无人机倾斜摄影测量技术内容及应用优势分析
2.1 无人机倾斜摄影测量技术内容
无人机倾斜摄影测量技术利用无人机平台进行测量， 保证多架摄像机在不同方向上采集和测量图像。一般而 言，无人机倾斜摄影测量技术与传统测绘技术不同，它利 用自身的多个视角准确反映地表状况，并处理被测对象的 纹理信息。同时，利用无人机倾斜摄影测量技术可以将 3D 建模、定位等先进技术融合，实现三维模型的自动生成和 建立。然后， 根据技术情况， 全面完成图像的自动采集， 保 证外场摄影控制的测量效果加深和强化。此外，在完成以 上一系列测绘工作后，对内业资料进行集中采集，通过强 化控制点的图像关联和采用空间三演算法来输出结果，最 终得到真实的三维场景并建立DEM模型。从以上内容看， 利用无人机倾斜摄影测量技术基本能满足测绘地区的监 测管理和测量要求。
2.2 应用优势分析
2.2.1 操作灵活
测绘工作者只需根据工程的测绘需求，合理规划无人 机的飞行路线，即可实现无人机的起飞、航行和降落。在 飞行过程中，无人机能够灵活地采集对高山、丛林等复杂 地形的数据。相较于传统的人工勘测和其他方法，无人机 倾斜摄影测量技术能够有效地解除外部条件的限制。
2.2.2 测绘效率以及精确度高
在测绘过程中，利用无人机的俯仰摄影技术，可以根 据工程项目的地形，对飞行速度和高度进行定向调整。同 时，使用无人机的倾斜摄影技术，可以快速监测大面积测 区，提高测绘工作的效率。通过多台航空照相技术，装载 多台摄像机，确保获取不同角度的图像采集和测量，提高测量的准确性。
2.2.3 性价比高
目前三维建模技术主要包括激光扫描仪、传统测量结 合纹理镶嵌技术和无人机倾斜摄影等。无人机立体倾斜成 像技术可以清晰反映矿井及周围建筑物的表面结构，并记 录与矿井相关的监测资料，实现对矿井的全面监测。虽然 激光扫描仪具有较高的精度，但造价较高，而无人机倾斜 摄影不仅效率高，价格也相对便宜。它可精确测量每块矿 区的图像，确保每个区域的测量工作顺利进行，并进行 3D 图像采集和处理，为后续的采矿工作和其他工作提供 3D 图像支持。
2.2.4 精准展现待测区域地形地貌以及细节特征
通过研究倾斜摄影技术，可以有效弥补无人机倾斜摄 影测量技术的不足。利用无人驾驶的智能控制功能，可以 在短时间内对工程项目进行全方位的调查和分析。在露天 金属矿的监测中，利用无人机倾斜摄影测量技术，可以从 多个角度采集和处理矿井周围的地形地貌和相关资料，并 利用获取的图像绘制出矿井的详细信息。通过大量的数据 提取和贴图处理，进一步提高工程的工作效率。无人机倾 斜摄影测量技术具有的功能和适应性特点为野外矿山的 测绘管理工作提供了良好的数据支持。
3 无人机倾斜摄影测量技术在露天矿区监测管理中的应 用流程分析
3.1 测区概况
某露天金属矿的生产实践主要采用高阶梯式开采方 法，开采区域内存在着许多高边坡，这些矿脉长度从数百 米到数公里不等。由于矿区地质环境的复杂性，仅仅依靠 传统的测绘手段很难取得理想效果，这严重影响了采矿的 生产效率和质量。为了确保采矿安全和勘探人员的生命安 全，该采矿企业决定采用无人机倾斜摄影测量技术对矿区 进行测量和分析。从客观角度来看，倾斜摄影测量技术能 够有效解决地形较陡峭的区域，同时也能够实现大尺度矿 区地图的制作，基本上能够满足矿山监测和管理的需求。 同时，利用无人机倾斜摄影测量技术，还能够有效避免传 统方法所带来的风险和安全问题，为提高露天矿区的监测 管理水平和工作效率提供了有力保障。鉴于无人机倾斜摄 影测量技术在航空航天领域的重要地位，测绘工作者积极 结合其应用原理和过程内容，制定了合理的无人机倾斜摄 影测量技术方案。
3.2 合理制定飞行方案
正确设计飞行计划是无人机倾斜摄影测量技术应用的 重要依据。通常，在编制飞行计划时，需要考虑测区的具体条件和工程的精确性，进行合理规划和设计。在编制过 程中，制图人员应根据测区的面积和地形的复杂性，对拍 摄区域进行合理划分。然后，科学确定航线、航向重叠等 参数，以保证像控点的合理布置。对于基面高程的确定， 应与规范要求相匹配，并由测绘工作者进行合理决定。例 如，根据相关公式，可计算出飞行高度H=f×GSD/a(其 中H 表示飞行高度，f表示拍摄透镜焦距，GSD 表示图像 的地表分辨率)。同时，还需要进行仿真和分析，对航程等 关键参数进行研究。在此基础上， 对航线、航高比、摄长宽 比等进行深入研究和分析，从而确定航线的布置方案。根 据该矿的具体情况，由于摄影场地规模较大，需要进行勘 测，并按不同航次、不同方式进行测量。特别要注意的是， 控制点的设置必须严格控制在一定范围内，即将测区设置 在控制区之内， 这样才能提高采集数据的效率和准确性。
3.3 自动采集测量数据
在测绘资料的收集方面，应严格遵守无人机的飞行 计划，高效地进行图像资料的收集。以本露天矿区为例， 整个测区的面积合计为 7平方千米。在采集过程中，采用 8 次飞行任务进行数据的采集。其中，摄像的相对航高为 200m，基线长为2000m，能够满足定焦方式下的高品质测 量。在采集完测区影像资料后，制图人员必须采用像控点 测量的方法，准确地获得点位的资料，以便为下一步的计 算工作提供准确数据。基于以上分析，需要坚持以“像控 点”为指导，并合理设置这些控制点。为了提高测量的准 确性，采用了相应的技术手段，实现了高效的数据采集。 需注意，对点偏差的管理控制应在 ±0.03m 范围内。每个 像控点至少应进行两次单独的观测，分别选择各自观测资 料的平均值，并以平均数作为测量结果的坐标。通过对该 露天矿区的实际测量运用以上方法， 成功得到了 14个测距 点，其测量精度达到了预定标准。
3.4 内业处理
在内业处理中，可采用一种强大的三维建模软件，利 用三维重构技术对任何一张图片进行处理，然后将具有交 叠率的数字图像输入软件，从而获得高分辨率的三维模 型。在该过程中， 无需人工操作， 可通过软件自动实现， 模 型精度可达毫米级。整个过程包括以下步骤。首先，将无 人机采集的图像输入三维模型，并按照位置和参数进行分 类 ;其次，将所有图像资料输入三维模型，可进行自动或 人工的三次交叉定位。计算初期，至少需在照片上增加三 个图像的坐标，以实现控制目的 ;在实际计算中，三维建 模软件将根据照片特征自动计算，并匹配照片名称，最终 确定照片位置。最后，采用三维建模软件，可构建真实的 三维模型，并通过空间三角网计算算法进行TIN计算。在无人机航拍的三维模型中，根据模型的形状和位置选择相 应纹理， 将色彩添加到模型中， 从而输出真实的三维模型。 处理实景三维资料时需注意以下要点。
(1)多视影像联合平差。由于多视角成像资料既包含 纵向资料，又包含倾斜资料，而一些常规的空中三角测量 资料难以有效地处理倾斜资料，多视点图像的联合平差需 要综合考虑图像间的几何变化和遮挡的影响。利用POS 系 统中的多视角图像外部定向要素，采用从粗到细的锥形匹 配方法，实现了对每个阶段图像的重命名和自由网波形的 平差，从而获得更好的匹配效果。在此基础上，利用 GPS/ IMU 的辅助资料，建立了连接点与连接线、控制点坐标、 GPS/IMU 的多视图像的自检校区网的误差方程，并采用 组合解算法， 保证了其准确性。
(2)多视影像密集匹配。图像匹配是摄影技术中最基 础的问题， 它覆盖范围广、分辨率高。因此， 在进行多视场 图像的匹配时，要充分考虑多视角的冗余度，并迅速、精 确地提取出多个目标的位置，从而获得目标的立体图像。 基于单一的特征点或多个特征点的匹配方法，很难满足模 型对多个特征点的要求，因此，多基元和多视图像的匹配 问题成为人们关注的焦点。例如，建筑物的侧面图像的自 动识别和提取，通过利用建筑物边缘、墙壁边缘和材质等 多个图像特性来确定建筑物的2D 向量图，将图像中不同 角度的2D 图像转换成立体图像。在选择墙面时，可以设 定几个因素并赋予相应的权重，将墙面分成几个类别。在 此基础上，对不同墙体进行平面扫描和划分，得到其侧面 结构，并进行重新组合，从而得到该建筑物顶部的高度和 外形。①像控点的标注。在进行内业处理时，要将测量到 的像控点钉在相应的图像上，以确保穿刺的准确性和倾斜 模型的最大准确性，在进行像控点标注时，要尽量选取较 好的图像，而不是将像控点放在边界上。每个像控点应在 3 幅以上的图像上进行标注，通常 6 ～ 7 幅图像为最佳选 择。②空三点密集化。三维空间中的点密集化完全由软件 实现，利用严格的数学建模和集中的分布计算，大大提高 了系统的运行速度。完成空三点密集化后，系统会自动生 成三维空间点密集化报告，对整个系统进行全面分析和准 确性评估。内业工作人员可以按照报告要求对数据的准确 性进行检验，如果有误差，应立即进行反馈和修正。③影 像密集匹配。完成空三点密集化操作后，各个系统通过各 自的软件实现影像匹配，将重叠图像中具有相同位置的点 进行匹配，形成密集的点云，点云的密度和准确度取决于 模拟结果的准确性。④模型纹理映射。在生成点云时，该 软件采用点云构建TIN(三角不规则网格)，并自动提取图像中的纹理，粘贴到不规则的三角形网格上，建立真实的 立体模型。通过对模型进行精确的修改，得到 OGB格式， 通过对控制点的精度进行检验，结果显示，在高程方面的 偏差为0.08米，在平面上的偏差为0.21米。DEM可以为地 图制作和监测剖面采集提供精确的数据源。
4 无人机倾斜摄影测量技术在露天矿区监测领域的应用
无人机倾斜摄影测量技术是一种结合了无人机和倾 斜摄影测量等先进技术的新技术，能够有效克服传统测量 技术的不足，并为矿山的监测和管理工作提供技术支持。 据目前的应用发展趋势来看，在露天矿山的监测中，无人 机倾斜摄影测量技术已经得到广泛应用和发展。其主要应 用体现在以下几个方面。可以利用三维实物模型进行测 量，测量和分析点位坐标、距离高差以及土石方等方面的 数据，从而合理确定露天金属矿的开采范围。同时，通过 对这些数据的分析，还能够准确掌握露天矿的可开采量和 开采能力。另外，结合倾斜三维地图的方法可以对地物进 行全面的采集和处理，从而降低传统外业测量中的安全隐 患。最重要的是，采用倾斜照相技术可以准确反映出矿区 的实际地形，为采矿工人制定采矿计划和制定应急措施提 供可靠的依据。从这些方面来看，在我国露天矿山的发展 和应用中，对无人机倾斜摄影测量技术进行有效的技术支 撑是必要的。值得关注的是，我国的无人机倾斜摄影测量 技术在应用和发展上还处于起步阶段，某些技术内容和扩 展能力尚有不足。因此，本文认为，在无人机倾斜摄影测 量技术的理论和发展趋势下，企业应积极开展技术培训， 拓宽技术应用过程，为今后合理地应用无人机倾斜摄影测 量技术打下坚实的基础。
5 结论
综上所述，利用无人机倾斜摄影测量技术对露天金属 矿的监测和管理工作进行全面研究，可以有效解决传统遥 感技术在矿山监测中遇到的盲点和困难，为金属矿的管理 和生产发展提供有力依据。由于无人机倾斜摄影测量技 术将在未来的发展中发挥重要作用，因此，必须引起露天 矿山和其他工业部门的重视。积极将无人机倾斜摄影测量 技术的原理与过程相结合，强化对具体内容的执行。在这 个背景下，测绘工作者需要提升自身素质和职业素养，正 确运用现代测绘技术，为未来的工程测量工作打下良好基 础。
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