摘要：随着现代矿山测绘需求的多元化，无人机实景三维建模技术的应用面临崭新局面，如何根据测绘项目实际需求，优化改进无人机测绘技术应用成效，受业内关注。本文介绍无人机实景三维建模技术的应用现状及其系统构成。在探讨无人机实景三维建模在矿山测绘中数据获取方法同时，研究了其模型精度问题，并结合相关实践经验，提出了无人机实景三维建模技术应用的优化策略。

　　关键词：无人机三维建模,矿山测绘,智能测绘,实施方法

　　现代智能化技术的快速发展与实践运用，为矿山智能测绘提供了更为灵活的工具载体，使传统技术条件下难以实现的矿山测绘与规划目标更具实现可能。当前形势下，技术人员有必要立足矿山测绘项目实际，精准把握无人机实景三维建模技术的核心操作环节，提升模型构造的层次性与实效性。

　　1无人机实景三维建模技术的应用现状

　　我国是矿山资源生产和需求大国，矿产资源种类丰富，埋藏条件复杂多变。在现代经济社会的推动下，矿产能源资源需求持续旺盛，规模化的开采技术日趋成熟，对相应的测绘技术方法提出了更高要求。依托于无人机实景三维建模技术方法，技术人员可全面有效地对矿山进行测绘和规划，以更加宏观的视角研究与分析矿山现状条件，为制定切实可行的矿山开采与利用策略提供基础依据，辅助提升矿山整治力度和广度。长期以来，广大测绘工程单位在优化无人机实景三维建模技术流程，改进测绘数据获取条件等方面进行了积极探索与研究，深入掌握了该项技术方法的核心精髓，在特定意义上实现了矿山生态修复与工矿复垦的有机结合，构建形成了系统性的技术框架体系。在此基础上，矿山智能测绘与规划的针对性更强，可针对不同类型矿山地质结构获取各类基础信息，探测矿山地表形态和资源布局等，完成对矿山资源开发利用的动态监测。可以预见，在不久的将来，无人机实景三维建模技术将在矿山测绘中发挥更为显著的实践作用。

　　2无人机实景三维建模技术的系统构成

　　2.1飞行系统

　　飞行系统是无人机实景三维建模系统的核心构成要素，是保障飞行任务有序执行的关键所在。在飞行系统中，主要包括飞行器、遥控器、云台相机及其附属设备等，可在事先划定的测绘目标区域范围内有序开展测量。对于小型无人机而言，通常无需复杂繁琐的操作即可进行飞行作业，获取测绘数据；对于大型工业级无人机而言，则需根据矿山测绘基本要求，发挥地面控制台对飞行系统的指令控制作用，并确保无人机起飞场地条件等。

　　2.2飞行控制与导航系统

　　飞行控制与导航系统属于无人机构造体系的内置功能，可为随时控制无人机飞行姿态与路线，提供详实的坐标系数据，是保障测绘工作效率和测绘数据准确性的重要构成部分。通过飞行控制与导航系统作用的发挥，作业人员可对无人机实行全程管控，完成导航制导、自主飞行和姿态稳定等控制功能。随着现代传感技术的发展，飞行控制与导航系统可搭载灵敏度更高的传感器，根据控制单元发出的指令，自动调整无人机姿态、位置和像角速率等。

　　2.3数据传输系统

　　作为无人机实景三维建模系统中的数据采集工具，数据传输系统在主要作用在于将采集到的测绘数据向地面系统传输，承担具有稳定性要求的实时通行功能。为确保数据传输系统运行状态的可靠性，可构造基于机载终端与地面终端的通信链路，构造形成稳定可靠的数据传输通道，在测绘目标区域范围内向指定区域传输数据信息。通过发挥数据传输系统功能，集成性的数据传输单元可将测绘数据传向显示界面，在视距范围内进行通信作业。

　　2.4地面监控系统

　　地面监控系统的基本构成部分是地面站或控制站，由链路、飞行、载荷控制及载荷后期处理等部分构成，其可根据不同功能模块作用，对无人机飞行过程、路线、姿态等进行全程监控。通常情况下，为保障地面监控系统实际作用，可将其细化分为操作系统和显示系统等两个部分，前者可对无人机起降、拍摄和转向等进行综合控制，后者则主要显示无人机飞行位置和拍摄影像。地面监控系统的实际效用，与相机参数、云台倾斜幅度、航线路径等具有直接关联。

　　3无人机实景三维建模在矿山测绘中的数据获取

       3.1无人机矿山测绘数据获取流程

　　（1）任务提出，前期调查。根据矿山测绘的基本要求，在进行必要前期调查的基础上，形成基于测绘需求的无人机实景三维建模任务，决定矿山测绘需进行拍摄的具体区域范围，确保测区范围准确，满足精度要求。在该过程中，还应根据矿山测绘需求，优化选择最为适宜的无人机和摄影相机，设定安全有效的飞行路线。对矿山测绘目标区域范围内的电磁干扰状况进行提前分析，对可能存在的高压线、雷达或信号塔等分布形成调查记录，确保无人机飞行控制信号不受影响。

　　（2）计划航线。为确保无人机航摄效果符合要求，应在严格掌握无人机飞行次数的同时，对航线进行全面计划。对此，应综合考量矿山区域地形地貌、天气变化和影像分辨率等具体要求，控制航向重叠度和旁向重叠度等，将飞行航线偏差控制在技术允许范围内。在航线的设计航高方面，应结合像元尺寸和镜头焦距等参数，形成摄影比例尺，满足低空数字航空摄影技术规范；在测区分区方面，则可根据矿山测绘面积大小与地形高差等，合理界定分区界限。

　　（3）航测外业。航测外业可大致分为像控点布设、控制点数据采集和无人机施测等步骤。在像控点布设中，需在考虑无人机航高和相幅大小等因素的同时，合理掌握像控点数量和分布密度等，确保分布相对均衡，为后期模型构造和坐标转化创造良好条件。在控制点数据采集中，则应根据坐标转化的基本方法，确认矿山区域内的像控点具体位置，对数据标号进行准确标识，保证所需像控点坐标参数满足条件。在无人机施测中，则应注重飞行控制指令信号的畅通性，选择适宜环境进行航测，使测绘数据能够实时反馈给地面监控站。

　　3.2测量质量参数分析

　　在当前技术条件下，影响无人机航空摄影数据准确的因素趋于多样化，有必要采取合理方式，对测量质量参数进行分析，以排除存在明显偏差的测量数据。对此，应结合矿山测绘前期数据调查情况，对地面分辨率与相机焦距等参数进行评价分析，形成与之对应的航高关系。选择具有代表性的评价参数，对无人机航摄数据质量进行评估，以确保摄像获取效率，提高内业数据处理效率和精度。通过上述环节，无人机航摄测量到的数据可准确描述矿山区域地理特点。

　　4无人机实景三维建模的矿山测绘模型精度分析

       4.1外业数据采集

　　外业数据采集的过程同时，也是对矿山测绘数据进行全面获取的过程，其实施效果的优劣直接关系到矿山测绘与规划的最终整体状态。对此，在影像采集环节，应根据《低空数字航空摄影规范》要求，结合矿山区域地势状况等，准确布设无人机航线，尽量拓展延伸其覆盖范围，并实现自动规划航摄路线。在采集到外业数据后，无人机摄影系统可将数据传回地面控制系统，并导入建模软件进行建模处理。为确保三维建模精度，可根据初次采集获取到的外业数据类型等，对像控点布设状态和相对控制网密度等进行优化改进。

　　4.2内业数据处理

　　（1）建模过程。数据建模是无人机航空测量内业数据处理的核心环节，更是无人机实景三维建模技术应用的关键所在。对此，应合理选择自动三维建模软件，以高精度化的建模方式对数字图像进行高效处理，生成清晰完整的三维模型，确保对矿山区域真实场景的还原无限接近真实状态。现代无人机航测所配置的传感模块，可将所获取到的影像信息，按照所设定的兼容格式进行输出，这有利于提高建模效率。通过分析原始影像和相机文件等，得出区域整体平差，进行多视角影像密集匹配，然后构建形成三维立体模型，描述矿山三维场景。

　　（2）数字测图。数字测图预期效果的实现需要对全站仪参数等进行严格掌握，将测程、放大倍数、测角精度和测距精度等参数控制在技术标准允许范围内。为降低数字测图各类数据的误差，可根据矿山区域特点，灵活选择有棱镜模式和免棱镜模式，生成更具可信性的矿山数字化地图。对数字测图形成的数据进行纵向分析与比对，对于偏离幅度较大的数据应保持关注，必要情况下可将其剔除，然后进行相应补测，填补矿山测绘区域空白。

　　4.3建模结果分析

　　（1）航摄像控点精度。从三维建模结果中提取特定数量的像控点坐标，分别标识实测坐标和三维模型坐标等，计算分析其误差，对航摄像控点精度做出优化调整，使其能够满足特定比例尺地形图的制图要求。尽管部分情况下航摄像控点精度存在偏差，但可忽略实测误差，对测区目标物精度的描述依旧可达到影像整体平差要求，符合相关技术标准。部分矿山测绘与规划会涉及到诸多类型的地物遮盖，这同样需要根据所提取的地物特征信息，与实测坐标进行对比，避免三维建模结果失真。

　　（2）矿山高差变化对精度的影响。部分矿山测绘区域的地形起伏变化明显，地表高差较大，这可对无人机实景三维建模精度带来明显影响。对此，技术人员应根据矿山特点，分别对矿坑坡底等区域进行精度分析，通过增加像控点等方式，执行模型处理的点云矫正流程，以改进模型精度。同时，无人机航摄飞行姿态角度同样会干扰模型建立效果，相机倾角越小，则其可覆盖到的目标测区范围则越小，所获取到的地形数据信息同样越少，而倾角过大，则重叠度无法得到保持，尽管能够获取到更多矿山测区信息，但依旧会影响模型建立。

　　4.4数字线画图的制作

　　（1）地形图的制图精度。在无人机航空摄影测量数据获取并处理完成后，则可根据矿山测区种类要求等，进行数字线画图的制作，以形成具有相对精度的测绘成果。通常情况下，数字线画图可对地物间的相对关系进行形象化描述，便于进行平面精度和高程精度对比，形成地理信息矢量数据集。在实践中，技术人员可采用专业化的数字摄影测量系统，排除存在畸变的矿山测量数据信息，导入系统平台，获取原始影像信息位置信息，构成立体像对。在平面精度方面，需根据地面测量和航空测量采集到的数据，排除点位目标位移误差；在高程精度方面，则需考量测区范围内加密点和地物点的相对孤立性，生成更加清晰明确的数字地形图。

　　（2）数字划画图的制作。数字划画图同样属于矢量数据集范畴，可全面描述矿山区域地标现象，且具有色彩性特征，可满足多类型空间分析要求，在地理模型内容、分幅、投影和精度等方面具有高度一致性。数字划画图的制作过程应注重识别潜在干扰因素影响，按照“模型定位、外业定性”的原则要求，合理选择地理信息数据，输出矢量格式的图形文件，按照规范要求减少中间节点，并视具体情况进行必要修补、调整等操作。

　　5无人机实景三维建模技术在矿山智能测绘中的优化策略
        5.1做好无人机测量前期准备工作

　　为确保无人机实景三维建模技术的应用成效，优化提升矿山测绘的实际效果，应全面系统做好无人机测量前的各项准备工作，然后开展相对具体的操作作业。首先，应对矿山测绘区域进行必要调查分析，收集与之相关的基础数据信息，整理测区具体地理位置、四至、环境、海拔、气温和降水量等信息，尽量选择天气条件适宜的环境开展测量。其次，应优化选择无人机类型，对其搭载的各项功能模块进行检测检验，掌握其各项工况状态，避免因其运行状态不稳而造成的测量中断。最后，对无人机航空测量作业人员进行必要培训与指导，使其能够熟练掌握航测系统的各项基本操作方法，有效运用三维建模软件平台进行数据处理与制图，提升工作实效性，提高测绘数据获取与模型构建效率。

　　5.2优化运用无人机摄影测量建模的算法

　　在无人机三维实景建模中，可采用到的建模算法种类多种多样，比如航带法、独立模型法和光束法等。上述不同的算法具有不同的适用条件，所需处理的测绘数据与所形成的测绘模型同样存在显著差异，需要结合矿山测绘需求与目标区域特点等，予以择优适用。其中，航带法的核心思想在于探寻航摄仪拍摄成像路径，更具各条路径上获取到的数据进行分类建模，并将局部性的测绘模型构造成为整体性的测绘模型，具有计算快捷高效等优势。独立建模法则侧重于在模型单元三维空间内实现相似变换，对三维区域网平差具有较高要求，但整体匹配过程相对较慢，存在诸多不确定性因素。光束法则可对航摄方位、影像方位的几何特征进行高效运算，具有较高匹配精度，符合当前高标准、高要求的矿山测绘需求。

　　5.3改进无人机三维实景建模流程环节

　　对以往既有无人机实景三维建模技术流程进行梳理分析，对其中不符合矿山智能测绘需求的步骤进行修改，提高航摄数据获取、像控点测量、实景三维建模和场景修饰等环节的衔接性，深入运用数字测量软件进行空中三角测量处理，确保构建形成的矿山航摄区域三维模型更加直观、形象、可靠。在定向精度方面，需根据平面较差、高程较差和像片基线等进行计算分析，形成相应的影像类型，并以此为基础对既有无人机航摄参数进行调整优化；在联合平差方面，则需结合空中航摄数据、地面像控数据等，联合进行空三计算，解算相机的实时姿态角及方位角以及计算相机的内方位元素。

　　5.4高度匹配智能化技术与信息化技术

　　现代智能化技术与信息化技术的创新运用，为无人机实景三维建模作业提供了更为灵活多变的技术载体，为矿山测绘与规划赋予了专业技术活力。对此，技术人员应摒弃传统陈旧的矿山测绘思维观念，突破固化测绘技术方法的局限性，在更加宏观的视野层面利用无人机实景三维建模技术方法，搭配采用智能化技术与信息化技术等，准确提取矿山区域地形地貌特征点，进行自动匹配、平差计算和畸变改正等操作。在智能化技术与信息化技术支持下，矿山测绘与规划还可实现数据信息的统一、整合与共享，可在多个维度促进矿山测绘的规范化、协同化和三维化，形成该领域测绘技术体系的管理闭环。

　　6结语

　　综上所述，受操作方法、技术控制与数据获取等要素影响，当前无人机实景三维建模技术的应用依然存在诸多短板，不利于实现最优化的矿山测绘与规划效果。因此，技术人员应立足矿山测绘项目实际需求，优化完善无人机实景三维建模的各项环节流程，改进矿山测绘数据获取流程，精准有效排除各类潜在干扰因素影响，分别做好外业数据获取与内业数据处理等，为全面彰显无人机实景三维建模技术的时代价值奠定基础，促进矿山测绘和规划事业现代化。