无人机倾斜摄影测量技术在矿山监测中

邵天强

吉林天池钼业有限公司    吉林舒兰   132600

摘要：随着我国经济的不断发展，对于矿山工程的开采工作也受到了极大程度的重视。众所周知，矿山工程是实现我国经济发展必不可少的重要之撑，开采过程的顺利程度关乎整个工程的经济效益。因此，在矿山开采的过程中，必须加强环境监测，结合现代化的科学技术，努力实现精准地质定位、高度信息采集、全面开采矿山。

关键词：无人机倾斜摄影；测量技术；矿山监测

引言

矿产资源作为生产活动中的重要的投入要素，在我国现代化和工业化发展过程中起着很重要的战略作用。然而，长期以来在对矿产资源的开发和利用过程中，存在着诸多如安全、管理、环境和技术等方面的问题。由于开采技术的落后和环境保护规划的缺位，矿产资源的开发必然会给环境带来一定的破坏，如开发间接导致的泥石流，固体废弃物乱堆等。

1无人机倾斜摄影测量技术概述

无人机是指具有自动驾驶能力的飞行器，一般是通过无线遥感设备进行控制，对规定区域进行信息采集并传回，由地面接收设备进行信息接收，通过对信息的分析、确认、筛选，最终达到收集所测区域的空间的、全方位的信息。倾斜摄影技术是通过一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像的，从而获得更加丰富、清晰的资料。该技术是国际测绘领域发展的一项新技术，其打破了传统的拍摄局限，由一飞行平台和多台传感器完成了影像采集的工作。倾斜摄影技术不仅可以真实地反映所测区域的地物、地貌，保障所测事物信息的精确度，而且能够在定位、建模等技术基础上构建三维城市模型，将给人们带来更加清晰、直观的影像。无人机倾斜摄影测量技术能够记录摄影瞬间所测区域地表任意角度的影像信息和三维坐标信息，具有高精度、高分辨率、高效的特点，能够反映所测区域的地形地物和周边环境的实际情况，在测量工作中具有不可替代的优势。

2无人机倾斜摄影测量技术在矿山监测中的应用

2.1工作流程。

①前期的考察调研工作。为了保障测量数据的有效性，在进行无人机航拍前应进行一定的准备工作，即矿山的前期考察调研工作。通过该工作对矿山的具体情况进行了解，主要内容包括：确定矿山拍摄范围、确定并调整摄影影像的分辨率等。②确定拍摄航线。完成前期的调研工作后，应及时整理和研究获得的数据信息。通过一系列的整合工作，将所有信息进行数字化，结合无人机的控制软件，做好影像分辨率的调整，同时加入航拍高度画面的各种参数，从而规划和确定航拍的路线。③内外业的航拍与处理阶段。在航拍前，要做好飞行平台的搭建和各个传感器的调整工作，使得两者能够统一、有效地进行工作。在无人机倾斜技术拍摄的过程中，要做好矿山各种相关数据信息的记录工作，并统一的进行整理、分析。在完成矿山的无人机倾斜摄影工作后，应由专业人员借助一些系统软件，分析和处理所拍摄的信息，最终建立一个三维立体的模型图像。就无人机倾斜摄影技术而言，其不仅可以实现拍摄地现场信息的实时传送，还能对矿山的地理位置、有关数据进行准确的展示，从而保障矿山地形测绘信息的完整性、可靠性。④分析和评价测量结果。检查点的结果是否精准，影响着矿山地形测量结果的评定。因此，要严格检测矿山地形的检查点，检测项目的合格程度和完成程度。尤其是矿山地形拍摄画面是否存在明显的拼接痕迹方面进行详细检查，在一定程度上确保摄影资料的准确性。

2.2网络集群运算

采用单机模式进行空中三角测量和模型重建的效率非常低，常规的工作站进行模型重建时，一天只能处理不到0.5km2的区域，难以满足大范围实景三维重建的需求。为了提高空中三角测量和模型输出的效率，要采用网络化集群模式进行运算。ContextCapture软件支持集群模式进行三维模型生产，但该软件的模型输出效率不高，且在处理大范围空中三角测量时容易失败。因此，本研究采用大势智慧科技有限公司研发的重建农场进行空三处理和模型重建，重建农场是一款软硬件一体的高密三维模型重建系统，其采用第二代Intel至强可扩展处理器和OneAPI工具包，能有效解决实景三维数据生产中空间占用大、功耗需求高、生产效率低、统一管理难等问题。一套重建农场设备包含10个运算节点，每个节点均安装有空三计算及三维建模软件重建大师，该软件可支持多节点任务分发及协同处理。在创建工程时，要将照片路径和工程目录均设置为共享状态，建议采用网络路径，并设置每个节点的任务目录和引擎监控目录，其他操作与单机处理一致。提交空中三角测量和模型重建任务后，各计算节点会自动从相应目录接收任务，并进行自动化处理。针对大范围的模型重建任务，要多套农场（一套农场含10个节点）同时开展工作，而空中三角测量和模型重建都是数据密集型任务，且在空三处理和模型重建时软件会生成大量的中间成果，其中包含大量的碎片小文件，从而对网络存储设备的读写和吞吐性能提出更高的要求。为满足多节点运算需求，防止节点在抢占数据读写时因堵塞而导致效率降低，本研究采用泽塔云zOcean海量分布式存储系统来保障各运算节点的并发读写需求。zOcean是针对海量大数据及高并发I/O应用开发的一款集硬件平台、分布式存储系统和智能管理模块于一体的存储设备，其具有高性能、高扩展、高可靠性。在实际生产环境中，由于实景三维重建设备和工作场所中的其他设备能通过同一个交换机进行数据传输，为进一步提升节点访问存储设备的速率，有必要将重建农场与zOcean存储设备通过高速传输网线直连，防止通过交换机传输受到其他终端访问占用带宽的影响，导致性能下降。对大范围的三维模型重建，一般采取瓦块输出，在减轻浏览压力的同时，方便后续浏览调用。根据项目需求和硬件性能来选择瓦块大小，对常规的工程项目，为保障浏览的流畅性，一般将瓦块大小设置为50～150m。在进行模型输出时，要设置模型成果的坐标系和原点坐标值，其和瓦块大小共同决定了瓦块划分在空间的分布情况。在不同的模型重建任务中，只要保证成果坐标系、原点坐标值和瓦块大小设置一致，则瓦块的空间位置索引可实现兼容，极大地方便了三维模型的局部更新。在局部更新中，只要获取更新区域三维模型瓦块的索引集合，在提交重建任务时，选择该集合的瓦块进行输出，输出完成后，将成果文件夹拷贝替换原有的数据即可。

2.3日常监管检测

借助无人机倾斜摄影技术可以实现矿区管理中的事故和应急监测，生产调度管理，矿体生产能力和投资决策等管理辅助决策。首先，利用无人机航摄实现对矿山的日常巡查，拍摄矿区隐患点的照片或视频，进行事故监测和隐患判别。其次，利用倾斜摄影成果即三维模型，管理者能够较清晰直观地判断矿体的开采情况，以此为依据来制定相应的生产调度、矿山排水疏干、土地复用、矿山环境保护等决策。再次，借助对矿区开采范围和边角破的监测，可以实现对可开采量、生产能力和开采年限等投资决策数据的估算，以此为依据，决定是否增加固定设备投资，是否进行新的产能投入，提高投资决策水平。

结语

近年来，随着我国矿山工程的增多，无人机倾斜摄影技术在此类工程中的作用也越来越突出，为最大程度上发挥无人机三维倾斜摄影技术的优势，在矿山监测中，相关人员就需要严格根据矿区的具体情况，来进行航拍参数、路线等的科学设计，保障监测范围的全面性、监测数据的准确性，用监测数据与信息来指导矿山开采作业，使得矿山工程最大的经济与社会效益。

参考文献

［1］田超，王书阳.基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析［J］.资源信息与工程，2019（1）：125-126.

［2］雷瑜，周吾珍.浅析无人机倾斜摄影测量技术在国土调查中的应用前景［J］.资源与人居环境，2019（7）：11-13.

［3］刘江.无人机倾斜摄影测量技术在矿山大比例尺地形图测量中的应用［J］.资源信息与工程，2021（4）：72-74.