1.項(xiàng)目概述
1.1項(xiàng)目背景
應(yīng)某市某礦區(qū)要求，核實(shí)礦業(yè)權(quán)開(kāi)采范圍的客觀地質(zhì)地形現(xiàn)狀，核準(zhǔn)采礦權(quán)人實(shí)際開(kāi)采位置，利用智航SF700A旋翼無(wú)人平臺(tái)搭載T53P傾斜相機(jī)，進(jìn)行礦上傾斜攝影測(cè)量，獲取高精度礦山礦山三維實(shí)景模型數(shù)據(jù)和正射影像?；诘V山三維實(shí)景模型數(shù)據(jù)得精度高、實(shí)時(shí)性、真實(shí)性等優(yōu)勢(shì)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)礦區(qū)儲(chǔ)量，為礦區(qū)系統(tǒng)政治管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不斷提升礦區(qū)的信息化水平。同時(shí)，還能夠通過(guò)礦山三維實(shí)景模型運(yùn)用相關(guān)軟件進(jìn)行實(shí)景三維要素采集。在三維數(shù)據(jù)采集軟件中，基于礦山三維實(shí)景模型采集地物屬性信息和空間要素信息，生成礦區(qū)范圍的數(shù)字線劃圖，為礦區(qū)的進(jìn)一步開(kāi)采工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為主管部門(mén)的決策提供豐富高效得數(shù)據(jù)。
1.2測(cè)區(qū)基本情況
該礦區(qū)所需測(cè)量區(qū)域東西長(zhǎng)約4.8公里，南北寬約3.7公里，總面積約為15平方公里，高低起伏范圍較大，需要開(kāi)啟仿地飛行。
1.3成果要求
最終生成的成果包括正攝影像圖（包含總圖和分幅圖）、等高線圖（包含250cm等高線和500cm等高線）、三維模型、礦區(qū)范圍線劃圖。
2.技術(shù)路線
針對(duì)實(shí)際測(cè)區(qū)情況，以高精度得成果要求為標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目基于智航SF700A旋翼無(wú)人平臺(tái)搭載T53P傾斜相機(jī)，借助相配套的南方航測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件體系，設(shè)計(jì)總體技術(shù)路線如下圖所示：
圖1：技術(shù)路線
（1）像控點(diǎn)布設(shè)。為滿足項(xiàng)目中多個(gè)環(huán)節(jié)得處理及檢查要求，需要在測(cè)區(qū)內(nèi)選取和實(shí)測(cè)一定數(shù)量的像控點(diǎn)。
（2）航測(cè)影像數(shù)據(jù)獲取。利用旋翼無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)，搭載五鏡頭設(shè)備，進(jìn)行航測(cè)影像數(shù)據(jù)獲取。
（3）照片數(shù)據(jù)預(yù)處理。無(wú)人機(jī)外業(yè)作業(yè)完成后，需要對(duì)差分?jǐn)?shù)據(jù)和照片進(jìn)行整理，包括POS和照片分組對(duì)齊、相片重命名等操作。
（4）影像空三。航測(cè)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后，依據(jù)影像POS信息、控制點(diǎn)信息，進(jìn)行空中三角測(cè)量。
（5）成果數(shù)據(jù)生產(chǎn)。礦山三維實(shí)景模型、數(shù)字正射影像、數(shù)字表面模型生產(chǎn)是傾斜攝影技術(shù)中心時(shí)間最長(zhǎng)的環(huán)節(jié)。借助專(zhuān)業(yè)軟件，生成高精度礦山三維實(shí)景模型。
（6）數(shù)字線劃圖生產(chǎn)。在三維數(shù)據(jù)采集軟件中，基于礦山三維實(shí)景模型采集地物屬性信息和空間要素信息，生成礦山的數(shù)字線劃圖。
3.方案實(shí)施
3.1像控點(diǎn)布設(shè)采集
借助南方航次一體化處理軟件，提前規(guī)劃好像控點(diǎn)，在滿足要求的前提下，盡量在礦區(qū)固定標(biāo)識(shí)物。同時(shí)，將規(guī)劃好的像控分布通過(guò)云端服務(wù)器上傳至云端服務(wù)器，為實(shí)際像控采集提供依據(jù)。
圖2：像控點(diǎn)規(guī)劃
通過(guò)像控之星軟件，連接云端服務(wù)器，下載規(guī)劃好的像控分布圖，在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)采集像控。
圖3：像控點(diǎn)
圖4：像控點(diǎn)采集
像控點(diǎn)采集完成以后，使用南方航次一體化處理軟件一鍵生成像控點(diǎn)點(diǎn)之記報(bào)告，并將像控點(diǎn)資料整理記錄。
圖5：像控點(diǎn)點(diǎn)之記
圖6：像控點(diǎn)點(diǎn)之記
3.2 無(wú)人機(jī)外業(yè)數(shù)據(jù)采集
項(xiàng)目實(shí)施采用智航SF700A作為無(wú)人機(jī)飛行作業(yè)的平臺(tái)，智航SF700A是目前市面上最為小巧得工業(yè)級(jí)智能無(wú)人機(jī)航空測(cè)量系統(tǒng)之一。具有上手塊、精度高、航程長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。具備仿地飛行、PPK定位、毫米波雷達(dá)避障、下視激光雷達(dá)測(cè)距等功能配置。
圖7：智航SF700A無(wú)人機(jī)
南方無(wú)人機(jī)T53P傾斜相機(jī)，是一款具備增穩(wěn)得小巧云臺(tái)，能夠提高正射影像采集的精度與效率。T53P傾斜5鏡頭相機(jī)具有全自動(dòng)修復(fù)，總像素1.2個(gè)億，完全滿足此次項(xiàng)目精度要求。
圖8：T53P傾斜相機(jī)
智航SF700A搭載T53P傾斜相機(jī)進(jìn)行航空影像采集。為滿足成果精度要求，航線設(shè)計(jì)時(shí)采用了較高得數(shù)據(jù)采樣率。傾斜攝影作業(yè)得飛行高度為96米，80%和70%得航向和旁向重疊度，1.5cm/像素。在天氣及空域條件滿足時(shí)，項(xiàng)目組實(shí)施飛行作業(yè)。項(xiàng)目組使用了中國(guó)移動(dòng)CORS系統(tǒng)，通過(guò)試用實(shí)時(shí)RTK和后差分PPK結(jié)合得方式，獲取高精度POS信息，為影像空三及建模提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)。
圖9：航線規(guī)劃
3.3照片數(shù)據(jù)預(yù)整理
無(wú)人機(jī)外業(yè)作業(yè)完成后，需要對(duì)差分?jǐn)?shù)據(jù)和照片進(jìn)行整理。基于南方航測(cè)一體化處理軟件SouthUAV 2.0，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)差分解析、后差分?jǐn)?shù)據(jù)處理、POS和照片分組對(duì)齊、相片重命名等操作。
南方航測(cè)一體化處理軟件，通過(guò)設(shè)備連接功能，直接從鏡頭讀取影像數(shù)據(jù)，也支持從磁盤(pán)內(nèi)讀取照片數(shù)據(jù)，處理完成后將數(shù)據(jù)組織下載到指定位置，支持多線程同時(shí)下載5鏡頭數(shù)據(jù)，并且提供兩種數(shù)據(jù)下載方式。支持自動(dòng)對(duì)齊架次照片分組，自動(dòng)識(shí)別地面點(diǎn)及廢片，一鍵清除地面點(diǎn)和多有鏡頭的廢片，也支持處理丟片、丟點(diǎn)等情況，提供插值和標(biāo)記跳片工具，全方位處理所有數(shù)據(jù)異常情況。
圖10：照片數(shù)據(jù)整理
3.4影像空三
影像空三平差是傾斜攝影技術(shù)中的關(guān)鍵步驟，影響到礦山三維實(shí)景模型的精度。項(xiàng)目組使用ContextCapture軟件完成影像空三處理。在處理過(guò)程中，刺點(diǎn)原則為:每個(gè)像控點(diǎn)刺點(diǎn)數(shù)量不能小于18張，每個(gè)像控點(diǎn)每個(gè)鏡頭的刺點(diǎn)數(shù)量不少于3張，且每個(gè)鏡頭不能在同一條航線上。
圖11：影像空三
圖12:像控刺點(diǎn)
3.5 成果數(shù)據(jù)生成
礦山三維實(shí)景模型生產(chǎn)、數(shù)字表面模型（DSM）生產(chǎn)及數(shù)字正射影像（DOM）數(shù)生產(chǎn)是傾斜攝影技術(shù)中的時(shí)間最長(zhǎng)的環(huán)節(jié)。項(xiàng)目組使用ContextCapture軟件完成相關(guān)成果數(shù)據(jù)生產(chǎn)。礦山三維實(shí)景模型得效果及精度是后續(xù)測(cè)圖及礦山綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，礦山三維實(shí)景模型成果需要保證紋理清晰、精度準(zhǔn)確。
圖13:正射影像
圖14:正射影像
圖15:礦山三維實(shí)景模型
圖16:礦山三維實(shí)景模型
3.6數(shù)字線劃圖生產(chǎn)
基于礦山三維實(shí)景模型采集地物要素，需要借助專(zhuān)門(mén)的數(shù)字線劃圖軟件。項(xiàng)目組采用南方航測(cè)三維測(cè)圖軟件進(jìn)行數(shù)字線劃圖生產(chǎn)。南方航測(cè)三維測(cè)圖軟件，簡(jiǎn)稱(chēng)：uFeature3D，是一款集成測(cè)繪、CAD、GIS三個(gè)領(lǐng)域?qū)嵱眉夹g(shù)的桌面信息化測(cè)繪系統(tǒng)，系統(tǒng)提供空間和屬性數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢(xún)、采集、編輯、管理、分析、制圖輸出等與測(cè)繪和GIS的核心功能，包括三維采集模塊，支持用戶在實(shí)景三維模型上進(jìn)行地物采集并成圖等工作，可以提供多種多樣的量測(cè)和繪圖工具，滿足用戶多樣化的繪圖要求。
圖17：數(shù)字線劃圖生產(chǎn)
圖18：等高線圖
4.結(jié)果分析
4.1精度分析
使用ContextCapture軟件進(jìn)行影像空三操作，生成精度報(bào)告。在空三報(bào)告中查看所有控制點(diǎn)與檢查點(diǎn)誤差，如果精度達(dá)到規(guī)范要求，可以進(jìn)行模型重建。如果空三精度未能達(dá)到要求，查找對(duì)應(yīng)的原因，解決相關(guān)問(wèn)題，重新進(jìn)行影像空三，查看精度報(bào)告，直至檢查點(diǎn)精度達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。
表1：檢查點(diǎn)精度結(jié)果
點(diǎn)號(hào) | x差值（單位：m） | y差值（單位：m） | 高程差值（單位：m） |
1 | -0.037 | -0.045 | -0.034 |
2 | -0.039 | 0.025 | -0.05 |
3 | -0.021 | 0.013 | -0.04 |
4 | -0.045 | -0.045 | -0.039 |
5 | -0.041 | -0.029 | -0.05 |
4.2模型效果圖分析
查看生成的礦山三維實(shí)景模型數(shù)據(jù)和數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)。礦山三維實(shí)景模型直觀顯示了礦山開(kāi)采范圍的客觀地質(zhì)地形現(xiàn)狀，為主管部門(mén)得決策、礦上得規(guī)劃，提供豐富高效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
圖19：模型效果細(xì)節(jié)圖
圖20：模型效果細(xì)節(jié)圖
5.總結(jié)
在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，項(xiàng)目組得出如下總結(jié)及展望：
（1）此次項(xiàng)目的順利完成，離不開(kāi)智航SF700A的精度高、航程長(zhǎng)、平臺(tái)穩(wěn)，T53P傾斜相機(jī)提供的高像素、高效率、高品質(zhì)，以及覆蓋航測(cè)全流程的系統(tǒng)性軟件體系，包括智能化得南方航測(cè)一體化處理軟件SouthUAV2.0，簡(jiǎn)便式像控采集的像控之星，滿足多樣化繪圖的南方航測(cè)三維測(cè)圖軟件uFeature3D，云端互聯(lián)得無(wú)人機(jī)管控平臺(tái)系統(tǒng)。
（2）通過(guò)露天礦山勘查項(xiàng)目，驗(yàn)證了基于智航SF700A平臺(tái)的傾斜攝影技術(shù)的精度可以達(dá)到露天礦山中得各項(xiàng)應(yīng)用。
（3）基于智航SF700A旋翼無(wú)人平臺(tái)搭載T53P傾斜相機(jī)，進(jìn)行礦上傾斜攝影測(cè)量，獲取高精度礦山礦山三維實(shí)景模型數(shù)據(jù)和正射影像，以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用到礦山勘查得全過(guò)程，包括野外踏勘的路線設(shè)計(jì)、地址鉆孔得三維施放，礦區(qū)道路得三維設(shè)計(jì)等。基于礦山礦山三維實(shí)景模型數(shù)據(jù)的前期規(guī)劃，可以大大降低野外工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低踏勘成本，節(jié)省外業(yè)工作時(shí)間，提高外業(yè)生產(chǎn)效率。
