摘要 ：随着矿山测绘需求持续增多，传统测量方式于效率与精度把控方面渐渐显露出不足之处。而无人机倾斜摄影测量技术依靠其灵活、高效、成本较低等优点，在矿山大比例尺地形图测绘里呈现出广阔的应用前景。此项技术借助多角度、多视角的影像采集以及后期三维建模，达成了对复杂地形的全面认识与精细呈现，在边坡、采坑、堆土等地貌特征频繁变动的区域，可给出高精度、时效性好的测绘成果。本文围绕倾斜摄影在矿山测绘中的实际应用展开，期望可为矿山测绘提供一条可靠、高效的新途径。

      关键词 ：无人机 ；倾斜摄影测量 ；测绘要点 ；精度控制

      传统的人工全站仪以及 GPS 等测量方式，其效率较为低下，并且在某些危险区域开展作业时还存在一定风险。无人机倾斜摄影测量技术的出现，给矿山测绘给予了有颠覆性的变化，该技术借助搭载多镜头倾斜相机，采集地物的侧视影像，再结合后处理建模手段，可迅速生成高精度的三维实景模型以及正射影像图，可适配大比例尺地形图的精度要求。

      1  无人机倾斜摄影在矿山大比例尺地形图测绘中的优势

      1.1  数据采集效率高

      无人机同传统测量手段相比较而言，其作业方式有更高的灵活性，不会受到地形起伏状况以及交通条件的约束，特别适合矿山这种地势复杂且分布较为分散的测绘场景。借助预先设定好的飞行航线，无人机可在较短的时间之内达成大面积的高精度摄影测量工作，大幅度地缩短了数据采集所需要的时间。过去那些需要耗费数天乃至更长时间才可完成的测区，如今或许仅需几个小时便可完成初步的数据获取，而且它可在不干扰矿山正常作业的条件下达成测量任务，操作流程简便，部署速度较快，较大提升了作业的整体效率。

      1.2  测量精度满足要求

      无人机依靠高性能倾斜摄影相机以及精确飞行控制系统，飞行过程中可从多个角度获取地物图像信息，再结合先进空三加密技术与后处理软件，可生成三维点云、正射影像图以及高精度数字高程模型。在一些边坡、采空区、堆料场等传统测量难以到达或者存在安全隐患的区域，无人机获取的三维模型可提供完整且连续的数据支持，减少人为干预造成的误差，提升测图精度以及数据整体一致性。

      1.3  成本相对较低

      以往开展大比例尺测量大多时候要投入诸多人力与物力，在矿山这类地形复杂且作业环境欠佳的区域，测量人员的安全保障、设备运输以及测量效率方面都会产生额外成本。然而无人机作业一般只需少数技术人员操控，设备轻便易于携带，并且重复作业成本低廉，仅需一次飞行就能获取多种类型的数据成果，大幅降低了人力成本与设备损耗。随着无人机设备以及相关处理软件日益普及，其价格门槛也逐渐降低，致使中小型矿山企业也可负担相关作业费用，不再是以往只有大型项目才可采用的高端技术。

      2  无人机倾斜摄影在矿山大比例尺地形图测绘中的要点

      2.1  控制点布设

      2.1.1  控制点类型选择

      关于控制点类型的选择，主要有地面控制点和检查点这两类。地面控制点肩负着把影像数据精准绑定到真实地理坐标系里的任务，是整个空三加密以及后续建模过程的基准。检查点用于精度验证，是借助把计算结果跟实际坐标作对比，来检验模型的可靠性与精度。在实际布设时，建议优先挑选稳定且容易识别的地物当作控制点标志， 像道路交叉点、岩石裸露区边缘、永久性混凝土构筑物等，这些点位在影像里清晰度高、位置固定，不容易受到环境变化的影响，方便后期像控点的精确匹配与识别。

      2.1.2  控制点布设原则

      关于控制点布设的原则，首先是要做到“均匀分布、覆盖全面、突出重点、结合地形”。倾斜摄影测量时，多角度影像获取是其核心优势之一，控制点布设需充分考量影像视角多样性，保证各个方向都有充足参考点支撑空三模型稳定性与准确性，在矿山高差大的区域，上下高程差异会致使模型畸变，控制点应合理布设在不同高程层级，保证模型在竖直方向的精度控制。对于边缘区域、地貌突变处以及飞行重叠带等关键位置，要适当加大控制点布设密度，防止因边缘效应或影像重叠不充分导致误差扩散，保障整个测区建模精度。

      2.1.3  控制点数量和分布

      控制点的数量以及分布状况，要把测区面积、地形复杂程度、飞行航线设计以及影像重叠率等多个因素结合起来做综合考虑。一般在大比例尺测图像 1 ：500、1 ：1000这种情况下，精度方面要求比较高，控制点的数量应当相应地有所增加。以常规测区为例，如果面积大概在 1km2左右，建议布设的控制点数量不少于 8 个，并且分布要尽可能覆盖整个测区的四周以及中心区域，形成一种“包围式”的控制结构，如此对空三平差的稳定性有益，还可有效地提高全区建模的整体精度。在测区面积比较大或者地形起伏很剧烈的情形下，控制点数量要适当增多，并且依据地貌特征合理地进行分区布置，防止出现控制点集中在某一个区域而其他区域控制薄弱的状况。

      2.2  控制测量

      2.2.1  GNSS 控制测量

      GNSS 控制测量作为一种手段，具有高效、精度相对较高以及适应性较强的特点，格外适合空旷且视野开阔的矿区环境。借助 RTK 或者 PPK 技术，可迅速在现场获取三维坐标，再配合高精度的基准站，可把控制点坐标精度控制在厘米级别，契合大比例尺测图的需求。在实际操作过程中，应当优先挑选地形稳定且无遮挡的位置来布设控制点，防止在边坡、堆积体或者松动地表设点，以此减少后续产生的误差。也要留意控制点的空间分布情况，不能太过集中，应当尽可能覆盖整个测区，形成合理的几何网络结构，以便于空三加密时构建稳定的几何关系。

      2.2.2  全站仪控制测量

      全站仪拥有较为出色的短距离测量精度以及抗干扰能力，在 GNSS不能正常进行作业的环境里，适合开展控制测量工作。在矿区中，要是高差变化比较大，又或者局部遮挡情况十分严重的区域，全站仪所发挥的作用是极为关键的。在具体实施过程中，可依靠构建局部测站，运用前方交会或者后方交会的方式，获取控制点的精确坐标。在进行布设时，需要留意测站的稳定性以及相对高程的一致性，尽可能挑选坚固且没有震动干扰的地面当作测站基础，防止因为地面沉降或者人为扰动而对点位精度造成影响。全站仪测量还需要与高精度的棱镜以及严格的校准程序相结合，以此保证每一个控制点的坐标都处于允许误差范围之内。

      2.3  无人机航飞控制

      2.3.1  航线设计与优化

      在航线设计与优化工作中，不应单纯依靠软件自动生成的航线，而需结合矿区具体地形、测区范围、作业时间以及天气条件等多方面因素实施人工干预与调整，航线应当尽可能与主要地形起伏方向保持垂直，以此减少影像间的视差问题，并且对模型的拼接也较为有利。对于存在高差较大情况的区域，像露天矿坑、采石场以及边坡等地形，应适当加大航线密度，缩短航线间距，或者采用分层飞行策略，也就是把测区按照高程划分成多个子区域，分别设定不同的航高展开多次航飞，保证各高度层的影像可获取良好的重叠关系以及清晰度。还要考虑无人机的续航能力以及电池更换周期，合理安排航程长度与飞行时间，防止因电量不足致使作业中断，影响数据连续性。

      2.3.2  重叠度与旁向重叠度控制

      一般情况下，大比例尺测图对影像重叠度有着较高要求，在矿山这种有多坡面、多遮挡特点的地形环境当中，建议将前向重叠度控制在 80% 以上，旁向重叠度不低于70%。如此操作是为了保证影像之间有充足的共视区域，提升空三加密点的分布密度以及匹配精度，提高模型的几何稳定性与纹理连续性。在实际开展操作时，还得依据无人机搭载相机的视场角、分辨率以及航速实施实时调整，防止因飞行速度过快或者相机参数设置不合适，造成影像模糊或者重叠度不够。对于特殊地形，如陡峭的岩壁或者矿坑边缘，建议采用倾斜角度更大的摄影方式，增加侧视影像的数量，以此获取更多地物立面的纹理信息，提高模型的立体感与可量测性。

      2.3.3  航高与地面分辨率控制

      航高的选择需要综合考量地形变化，同时也要兼顾相机分辨率、作业效率以及图像处理能力等多方面因素。对1 ：500 或 1 ：1000 大比例尺地形图测绘工作而言，要求地面分辨率处于 3cm 以内，在理想状态之中，若能将其控制在2cm左右则会更加稳妥一些。航高的设定应当结合相机的焦距、传感器尺寸等相关参数来进行精确地计算，而不是凭借经验随意地去设定。以一款焦距 35mm、传感器宽度 36mm 的相机为例，如果想要达成 2cm 的地面分辨率，航高大概应当控制在 110m 左右，但是，在高差较为剧烈的矿山区域，应当以最低地面作为基准来设定航高，并且依据最大高差适当地降低整体航高，以此来防止高处拍摄的影像清晰度出现下降的情况。在实际作业过程中，还可依靠变航高飞行或者设置恒定 GSD模式，自动对飞行高度进行调整，适应地形起伏，以此在整个测区内维持影像分辨率的一致性。

      3  无人机倾斜摄影在矿山大比例尺测图中应用的精度控制要点

      3.1  空三加密精度控制

      执行空三加密时要全面考量原始影像质量、控制点精度、像控点布设合理性以及算法参数设置等诸多因素。影像质量是最基本的保障，模糊、曝光不均或者畸变严重的影像很容易致使空三匹配失败。在无人机航飞前要严格依据航线规划来操作，保证相机姿态稳定、重叠度足够，避免因飞行不稳致使图像偏移。在空三处理软件里，凭借调整匹配精度参数、迭代次数以及粗差剔除策略，可有效提高匹配成功率和建模精度，比如在某金属矿区的三维建模项目中，技术团队在空三加密时采用自适应粗差剔除算法，对初始匹配结果进行多轮筛选，减少了因匹配错误造成的模型扭曲。空三加密完成后要进行误差分析与质量评估，重点留意控制点剩余误差、像控点重投影误差以及各模型块之间的接缝误差。要是发现误差超出可接受范围，应及时追溯问题环节，重新调整控制点或像控点布设，甚至重新开展部分航飞。

      3.2  DSM 精度控制

      在DSM精度控制方面，要清楚DSM 是反映地物表面高度变化的基础数据，它的精度直接决定后续地形分析以及等高线提取的准确程度。为提高DSM精度，关键的一步是在空三加密处理阶段保证高质量的影像匹配以及稠密点云生成。以某露天矿来讲，该矿区地形起伏比较大，局部有陡坡和断崖，传统正射影像难以准确还原这些细节。使用无人机倾斜摄影后，借助Pix4D软件进行空三加密与稠密匹配，依靠人工检查匹配点质量并剔除误差较大的控制点，有效提高了点云质量。在DSM 生成过程中，要对原始点云进行滤波处理，去除树冠、设备等非地表特征，在矿山剥离区和堆土区，容易出现高程异常，要依据地面实际情况进行人工干预，合理内插缺失区域。为控制精度，建议在关键区域布设高精度的地面控制点和检查点，其坐标凭借RTK测量获得，并与DSM 提取的高程进行对比，以此评估其垂直精度。实测数据说明，在控制点布设密度合理、匹配点质量优良的条件下， DSM 的垂直精度可稳定控制在 ±10cm 以内，契合 1 ：500 地形图的精度要求。

      3.3  正射影像精度控制

      正射影像的精度控制更多是体现在影像几何校正以及色彩一致性处理方面。倾斜摄影采集的多角度影像，虽能较为真实地反映地物立面信息，然而因视角变化大且存在遮挡等状况，在正射影像拼接时极易出现错位、变形现象，在矿区的建筑设施密集区域以及边坡区域表现得更为较大，在正射生成阶段，务必重视影像重采样精度以及几何矫正算法的适用性。以某金属矿山测区为例，该区域有多个大型矿坑和堆场，地形变化剧烈，技术团队进行正射影像处理时，采用了基于倾斜影像的多视角重建方法，还引入基于 DSM 的真三维正射纠正技术，以此保证影像在高差区域的几何精度。为防止颜色不一致问题，在影像拼接前要进行统一的辐射校正处理，同时结合人工检查手段，对影像拼缝、阴影区域以及重复纹理进行修补和调整，提升整体影像的视觉连续性与真实性。在精度检验阶段，借助对比影像中明显地物与实测点的平面坐标差异，评估其平面精度，实测结果显示，平面误差控制在 ±8cm 以内，完全符合矿山地形图制作的相关规范要求。

      3.4  矿山地形图精度评估

      在矿山地形图精度评估环节中，整个测绘流程的质量把控以及成果验收标准变得相当关键。地形图作为最终得出的成果，它的精度不仅体现在点位的平面坐标以及高程坐标方面，还体现在地物表达的完整状况、线状要素的连续情形以及等高线的光滑程度等多个综合指标上面。在实际开展操作时，应当把实测点与图上点的坐标差异当作基础的评价指标，结合 GIS平台来进行误差分析以及空间对比。例如，在某大型铁矿的测图工程里，项目组在地形图成果生成之后，挑选了 30 个有代表性的检查点，这些检查点分布在不同的地貌单元中，像采坑、运输道路、排土场等，依靠 RTK 复测并且与图上坐标进行对比分析，计算平面和高程误差的RMSE 值。结果说明，平面精度优于±10cm，高程精度优于 ±15cm，整体是符合 1 ：500 比例尺地形图的技术标准的。针对矿山动态变化的特性，还需要建立周期性复测机制，对于边坡区域、弃土场等变化比较频繁的区域进行定期的比对分析，以此来保证地形图数据的时效性以及可靠性。在评估的过程中，还提议引入三维可视化技术，把地形图与三维模型叠加起来进行展示，依靠视角的变化来检视地物表达的准确程度以及完整状况，提升评估的直观性以及科学性。

      4  结语

       综上所述，无人机倾斜摄影测量技术在矿山大比例尺地形图测绘方面已呈现出较高实用价值，然而若要充分发挥其优势，技术细节与作业管理需同步改进，实施系统化精度控制措施，可保障测图成果可靠性，还可以较大提高作业效率，为矿山测绘提供高质量且高效率的技术途径。