朱正华 （安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230001）
1 背景分析
改革开放以来，我国经济社会发展迅速，因各种基础建设等需要，矿产资源的需求量日益加大，致使各种矿产品的价格不断上涨，受到利益驱使，有些矿产企业的开采活动失去监管，特别是露天矿山，超层越界现象时有发生，同时，矿山周边村民也时常出现偷采现象，因此引发了大量矿产资源的纠纷，在破坏有序开发矿产资源秩序的同时，也造成了很大的安全隐患。为了更有效地对露天矿山进行实时监测，也便于长期持续监管。本文针对宿州市埇桥区龙山建筑石料用灰岩矿开采现状，采用无人机倾斜摄影测量技术进行实时监测，获得相关有效成果，同时对此项技术在露天矿山监测中应用前景加以分析探讨。
2 无人机倾斜摄影测量技术介绍
无人机倾斜摄影测量技术是近年来在测量领域发展最快的一个测量手段，其基本原理是借助无人机平台搭载多台数码相机，同时从垂直方向和倾斜方向等多个不同的角度对地物采集有效的高分辨率影像数据。最常用的是采用五个棱镜头的倾斜摄影系统。通过无人机上搭载的GPS/IMU获取监测对象的实时POS数据以及像控点数据，再经过内业相关软件的处理，获取数字表面模型（DSM)、数字正射影像（DOM）、三维模型和实时线划大比例尺地形图（DLG)等。相对于常规测量，无人机倾斜摄影测量技术所获取的成果具有地物几何变形低、成果多样性、全面而直观，且便于长期保存等优越性。
3 矿区概况
宿州市埇桥区龙山建筑石料用灰岩矿位于宿州市东北约47km，埇桥区解集乡东北方向约3km处，行政区划隶属解集乡管辖，矿区西距解集乡至褚兰镇村村通公路约1km，南侧距离S301约2km，矿山自建道路与上述道路相连，交通便利。
4 监测方案
4.1 技术方案
通过收集矿区地质地形图、开采现状图、矿山资源2019年储量核实报告、矿山开发利用方案等相关资料，以及实地测量所需的矿区控制点分布及坐标、高程值等资料，了解矿山基本情况。分析测绘资料坐标系统、高程系统及采用的投影参数，整理分析测绘、地质资料后，统一制定实地测量方案。整体技术路线如下图所示。
整体技术路线
4.2 设备投入
为了保证本项目的成果质量，仪器设备的投入必须满足要求，本次投入的设备见表1。
投入使用的设备 表1
4.3 控制测量
本次埇桥区龙山建筑石料用灰岩矿超层越界动态监测工作，平面坐标系统采用2000国家大地坐标系，中央子午线117，高斯投影3带。高程坐标系统采用1985国家高程基准。
根据龙山建筑石料用灰岩矿实际情况，共做了6个矿区控制点，15个像控点，完全满足本次监测需要。
利用千寻卫星定位服务系统，采用RTK方法对矿区控制点和像控点进行独立观测，然后申请纳入安徽省卫星定位综合服务系统(CORS)，按控制点进行联网解算出所有控制点和像控点的平面坐标和高程。本次矿区新做的控制点和像控点精度均符合相应测量规范。
4.4 无人机倾斜摄影测量
根据矿山企业提供的矿山开采现状图及实际开采情况，对矿山开采、治理等相关区域进行现状测量，本次主要采用倾斜摄影测量，进行三维建模，室内立体采集成图，采集相关数据，绘制矿山现状1：500 地形图。
4.4.1 飞行实施
本次项目采用大疆M300无人机搭载5镜头数码相机进行航摄。根据航高计算公式要求，结合实际地形情况，本项目航摄照片地面分辨率为2.04cm，设计飞行高度130m。飞行时间都选在上午10点至下午4点间，风速较小、风向稳定的时段，保证具有充足的光照度，又避免过大的阴影。本项目共飞行6个架次，完成了整个测区所有航摄工作。航摄飞行过程中，由于受到风向变化及云层高度的影响，为减小风向、风速对航摄旋片角的影响，云层对航摄照片质量的影响，实际作业时飞行的航向及航高根据天气情况有所调整。各架次实际航摄情况见表2。
各架次实际航摄情况 表2
4.4.2 影像数据质量
对于航摄数据，直接在工程现场进行质检，缩短质检时间，加快项目执行进度。在航摄过程中，根据电脑中的监测数据，实时检查飞机的飞行质量，在每天的航飞任务结束后，作业人员使用检查软件，将当天的航飞数据进行快速拼接，检查是否存在航摄漏洞，同时对航摄数据的表征质量进行检查。
检查内容及结果如下：
①平均航向重叠度为80%，旁向重叠度75%；
②最大倾斜角为10；
③像片旋偏角：像片旋偏角最大为13；
④航线弯曲度：航线弯曲度最大为3%；
⑤影像清晰、层次丰富、反差适中、色调柔和均匀；
⑥GSD值均小于10cm。
由检查结果可知航向重叠，旁向重叠，GSD值，最大倾角，相片倾角，航线弯曲度均符合技术设计书规定的航向重叠不少于80%，旁向重叠不少于75%，和《低空数字航空摄影规范》（CH/Z 3005-2010）中第7节规定的航向倾角一般不得大于5，最大不得超过12，旋偏角一般不得大于15的要求，本项目航摄的精度指标满足规范要求。
4.4.3 影像预处理
影像预处理包括影像解压缩、相片畸变差校正、图像增强等工序。本项目影像数据经过预处理的相片对比度增强，更加清晰，为后续的空三加密工作提供了高质量的数据。
4.4.4 空三加密处理
采用contextcapture三维建模软件进行空三加密。利用软件自动提取连接点，选择航向3重叠的连接点作为加密点。自由网平差合格后利用电子刺点片，准确地将像控点刺入，然后用光束法进行测量平差，保证收敛，检查基本定向点、检查点的精度。不满足规范要求的情况下，通过交互式编辑，剔除粗差点，调整像控点位置，最终使各项残差符合规范要求。
4.4.5 DOM制作
DOM是根据单张航片的内外方位元素和数字高程模型DEM，采用微分纠正软件对各个模型的数字化航空像片进行影像重采样，纠正影像因地面起伏、飞机倾斜等因素引起的失真，把中心投影转换为垂直投影，从而得到单张像片的正射影像。单片正射影像经调色、匀光、镶嵌、裁切、检查编辑等步骤，生成标准分幅的正射影像图。
本项目航摄照片地面分辨率达到设计要求，影像无缺损，无云雾遮挡，图幅内影像反差适中，色调均匀，纹理清楚，层次丰富，无明显失真，灰度直方图呈正态分布。
对DOM进行平面位置检测，明显地物点中误差小于0.6m，最大误差小于0.8m，符合技术设计书中平地、丘陵平面位置中误差1.2m限差要求。
4.4.6 DLG制作
利用空三加密成果，在全数字摄影测量contextcapture工作站中建立影像立体模型。在立体模型下根据影像定位测绘，对难以确认的要素内容进行标记；将内业采集的整幅DLG数据及其疑问标记做简单编辑后输出调绘底图；最后结合外业调绘数据，编绘成图。
地形图要素的表示按技术设计书及《国家基本比例尺地图图式第1部分：1：500、1：1000、1：2000 地形图图式》（GB/T 20257.1-2017）规定执行。
5 成果应用分析
通过宿州市埇桥区龙山建筑石料用灰岩矿本次超层越界动态检测过程分析，无人机倾斜摄影测量比常规检测优势明显。
①矿区通视条件差，矿区内因长期开采坑凹不平，矿山周边地形复杂，如用常规测量方法难度大、进度慢、成本高、现实性差，而采用无人机倾斜摄影测量技术成图则精度高、速度快、作业效率高。
②无人机倾斜摄影测量建立了三维模型，直观体现矿区现状，可以对不同时期三维模型随时比对监管，方便快捷无死角。
③无人机倾斜摄影测量外业采集大量数据，便于长期保存，随时调用，对矿区后期持续管理提供有力依据。
6 结论
综上所述，无人机倾斜摄影测量技术，在露天矿山监测中的应用能够较好地满足矿山监管各方面的要求，多方面展现矿区现实状况，获得大量有效数据，各种测量成果可以建库长期保存，为后续监管中判断超层越界、盗采等提供有力数据支撑，充分体现此项技术在露天矿山监测中的优越性。
