无人机倾斜摄影三维建模技术在矿业领域中的应用

1、应用范围

（1）矿产资源开发状况调查中的应用：

矿产开采位置，占地范围、用地类型、固体废弃物堆积范围及体积等。

（2）矿产资源开发引发的灾害调查中的应用：

包括地面沉陷范围、地裂缝长度、塌陷坑位置、山体陷裂（垮塌）范围、崩塌位置、滑坡位置及体积，河道淤塞长度（位置）及煤田（矸石堆自然、尾矿库）范围等。

（3）矿山生态环境信息调查中的应用：

被损毁的土地范围、受损植被范围、水体污染范围、荒漠化范围、土地复垦及矿山环境治理效果，数字矿山等。

（4）地质矿山公园景观建模中的应用：

地质公园、矿山公园在线三维景点介绍。

（5）其他方面的应用：

区域地质调查、土壤调查，应急灾害治理等。

2、在矿山环境中应用优势

（1）具有机动性、灵活性和安全性

无需专用机场起降，适合再地形复杂以及南方丘陵、多云地区应用；能够在危险和恶劣环境下直接获取现场资料和数据。

（2）分辨率高、多角度

分辨率达到2cm，成图比例尺达到1：500，可用于构建高精度数字地面模型及三维立体景观图的制作；可低空多角度获取矿区内损毁土地的纹理信息，弥补了普通航空摄影中的遮挡问题。

（3）性能优异

可按预定航线再航高50米到1000米范围内自主飞行、拍摄，飞行高度控制精度达到10米。

（4）低成本

传感器和飞行器使用成本远远低于其他航摄系统，一般单位和个人有能力负担；对数据处理设备要求不高，费用低。

3、应用案例

①三维建模基础数据获取（DEM\DOM数据）（图一-图二）

②全自动生成地形模型（图三）

③自动生成矿区3D模型

④三维建模可视化分析（旋转、局部放大、白板图、三角网、点云图、面积量算、距离量算、坡面量算、体积量算、空间点位坐标提取、手机随时浏览）（图三-图七）

⑤在线三维景点介绍（图八）

图一   三维建模基本数据获取（DOM+等高线）

图二   三维建模基本数据获取（DEM）

图三  三维建模及任意角度观察

图四  三维建模及测量体积

图五  三维建模及量测倾角、距离

图六  三维建模及量测面

图七  手机随时浏览

图八  在线三维景点介绍

延伸阅读

一、无人机倾斜摄影三维建模技术介绍

1、倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术是国际测绘领域近年来发展起来的一项高新技术。它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、前方、后方、左侧、右侧五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。（图九）

图九  航摄飞行及各视角相片示意图

2、倾斜摄影技术特点

①反映地物周边真实情况

②倾斜影像可实现单张影像量测

③建筑物侧面纹理可采集

④数据量小易于网络发布

3、无人机倾斜摄影三维建模技术

该技术通过无人机低空多位镜头摄影获取高清晰立体影像数据，基于影像纹理的高分辨率自动生成三维地理信息模型，快速实现地理信息的获取。

4、无人机倾斜摄影三维建模技术的特点

①工作效率高

倾斜适应数据是带有空间位置信息的可量测影像数据，能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG等多种成果，可替代传统航空摄影测量。

②安全性高

③成本低

④数据精确高

⑤操作灵活

⑥侧面纹理信息真实可用

二、无人机倾斜摄影系统由三部分组成

第一部分为飞行平台（无人机）和地面控制人员

图十  油动无人机

翼展：3400MM

体长：2100MM

空机：5KG

最大起飞重量 18-25KG

自动驾驶：AP101

相机：佳能单反 5DSR  5060W 像素全画幅与光电吊舱倾斜相机

降落伞：25KG 超轻降落伞

续航里程： 400KM

续航时间：4 小时

巡航速度：25-30 米/S

飞行高度：300-6000 米

抗风等级：4 级

起飞方式：弹射

电台通讯半径 20-70KM

图十一   电动无人机

翼展：1800MM

体长：1220MM

空机：1.1KG

最大起飞重量 4-5KG

自动驾驶：NP100

相机：RX1R 2400W 像素全画幅微单

降落伞：4-5KG 超轻降落伞

续航里程： 60-70KM  

续航时间：50 分钟-70 分钟

巡航速度：18-20 米/S 

飞行高度：300-4000 米

抗风等级：4 级

起飞方式：手抛

电台通讯半径 20-30KM

第二部分为仪器部分，传感器（倾斜相机、GPS定位装置获取曝光瞬间的三个线元素x，y，z）和姿态定位系统（记录相机曝光瞬间的姿态，三个角元素φ、ω、κ）。

图十二   五镜头倾斜相机

第三部分  数据处理系统    倾斜摄影三维自动建模软件（Smart3DCapture）是一套基于从空地多源序列影像，全自动生成高分辨率三维模型的自动化建模软件。该软件基于摄影测量、计算机视觉及计算几何算法，支持全自动空三解算、密集点云生成、构建TIN网、自动纹理映射等步骤，实现三维模型的快速生成。

四、工作原理

基于无人机倾斜摄影技术，以无人机为飞行平台，搭载倾斜摄影相机获取测区高分辨率多视影像，利用软件处理体系，获得精细三维模型数据。其总体技术流程如图十三所示

图十三    无人机倾斜摄影测量技术原理图

无人机三维实景建模软件介绍：

实景建模软件ContextCapture

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