無(wu)人機傾斜(xie)攝(she)影(ying)測(ce)量技術(shu)(shu)作為國際(ji)測(ce)繪行業近(jin)年來一(yi)項新興的測(ce)繪技術(shu)(shu)，打破了正射影(ying)像只(zhi)能從垂直角度(du)拍攝(she)而導致測(ce)量精度(du)不高的局(ju)限性。該技術(shu)(shu)通(tong)過1臺無(wu)人機上搭(da)載單臺傳感器(qi)(qi)從不同角度(du)多(duo)條航(hang)(hang)線或多(duo)臺傳感器(qi)(qi)同一(yi)航(hang)(hang)線，從正射及4個傾斜(xie)角度(du)獲取影(ying)像數據（采集的數據包含正射、立(li)面(mian)空間(jian)位置(zhi)信(xin)息）[1]。經過三維建模軟件處(chu)理后，該技術(shu)(shu)可以將以上數據生成三維實景模型及DEM、DOM、DSM等(deng)多(duo)種成果(guo)，以達到更高精度(du)的測(ce)繪成果(guo)及更準確的生態修復(fu)調查(cha)效果(guo)。
無人機傾斜(xie)攝(she)影(ying)技術的(de)應用(yong)，降低了廢(fei)棄礦山生(sheng)態修復調查(cha)過程中的(de)難(nan)度和(he)成本，提高(gao)了精度、可(ke)信(xin)度和(he)效(xiao)率[2]，為生(sheng)態修復項目(mu)后續(xu)的(de)實施起到了較大的(de)推動作(zuo)用(yong)。
工作流程
目前的(de)生態修復(fu)工程(cheng)勘查，大多(duo)采用人工目視調(diao)查或高清數碼相機拍照調(diao)查。這類調(diao)查方式受(shou)制于礦山(shan)的(de)現(xian)場(chang)環(huan)境，遇到條(tiao)件復(fu)雜的(de)礦山(shan)，如具有高陡采坡的(de)礦山(shan)或礦山(shan)生態修復(fu)調(diao)查面積(ji)較(jiao)大，崩塌、危巖(yan)等(deng)地(di)質(zhi)災害較(jiao)發育時(shi)，無法準(zhun)確獲取(qu)廢棄礦山(shan)巖(yan)體(ti)及地(di)質(zhi)災害點的(de)特征參(can)數。目前廣西許多(duo)礦山(shan)生態修復(fu)項目結構(gou)面產狀、尺寸、體(ti)積(ji)等(deng)數據均(jun)由人工攜帶(dai)傳統的(de)測量(liang)工具測量(liang)估算，無法及時(shi)為生態修復(fu)工程(cheng)提供有效的(de)數據支撐。
無人機傾斜攝影測量技(ji)術(shu)，可以便捷地(di)制(zhi)作高精度的(de)廢棄礦(kuang)山(shan)區域的(de)三維實景模(mo)型，搭配(pei)相應輔助軟件，技(ji)術(shu)人員在計算機上即可完(wan)成礦(kuang)山(shan)生態修復勘查中的(de)地(di)形地(di)貌調(diao)查、植被調(diao)查、巖體(ti)結構地(di)質災害點調(diao)查及大比例尺地(di)形圖的(de)繪制(zhi)等。具體(ti)流程(cheng)主(zhu)要包括以下幾步：（1）數(shu)(shu)據(ju)獲(huo)取；（2）數(shu)(shu)據(ju)成果生產；（3）數(shu)(shu)據(ju)成果應用（見(jian)圖1）。
1.1 技術(shu)難(nan)點
無人(ren)機(ji)(ji)傾斜攝(she)影測量(liang)技術為新的(de)(de)(de)調查手段，目前仍存在(zai)一些難點尚未解決(jue)，其中最亟待(dai)解決(jue)的(de)(de)(de)有以下2個問題：一是獲取巨量(liang)數據后，需(xu)要(yao)計(ji)算(suan)機(ji)(ji)長時(shi)間進行空中三(san)角(jiao)測量(liang)運(yun)算(suan)及三(san)維(wei)重建，需(xu)提(ti)高計(ji)算(suan)機(ji)(ji)處理數據的(de)(de)(de)效率；二(er)是傾斜攝(she)影原先一般(ban)多用于房地產測繪、農(nong)村土地確權等相對高差(cha)較(jiao)小、對立面(mian)(mian)紋理要(yao)求不高的(de)(de)(de)項(xiang)目，如(ru)何在(zai)高差(cha)大、坡(po)度(du)陡、對坡(po)面(mian)(mian)紋理、結構面(mian)(mian)精細程度(du)要(yao)求較(jiao)高的(de)(de)(de)廢棄礦山生態修(xiu)復勘(kan)查項(xiang)目中需(xu)保(bao)證三(san)維(wei)實(shi)景(jing)模(mo)型重建的(de)(de)(de)精度(du)。
筆(bi)者就這2個問題在實際項目中展開了探索。
（1）無人機(ji)傾斜攝影數(shu)據(ju)量巨大，處(chu)理(li)數(shu)據(ju)的用時長，一般采(cai)(cai)用多(duo)節點高(gao)(gao)性能計算機(ji)共同作(zuo)業，但(dan)成本高(gao)(gao)且效果并不理(li)想。筆者在試驗多(duo)個(ge)建(jian)模處(chu)理(li)軟(ruan)件后，發(fa)現采(cai)(cai)用Photoscan軟(ruan)件進行解析(xi)空中三角測量的效率較高(gao)(gao)，之后再采(cai)(cai)用傳統建(jian)模軟(ruan)件如ContextCapture Center進行三維重建(jian)，通(tong)過這一操作(zuo)，數(shu)據(ju)處(chu)理(li)效率可(ke)提(ti)升30%以上。
（2）傳統的無人機(ji)傾(qing)斜攝影(ying)(ying)(ying)測量，雖(sui)比正(zheng)射攝影(ying)(ying)(ying)測量多出(chu)4個(ge)獲(huo)取(qu)數據的傾(qing)斜角(jiao)度，但依然是從同(tong)一(yi)航(hang)(hang)高(gao)進行(xing)影(ying)(ying)(ying)像(xiang)獲(huo)取(qu)，對于垂直的立(li)面或(huo)(huo)被突出(chu)巖塊(kuai)遮擋(dang)的下部影(ying)(ying)(ying)像(xiang)的覆蓋并不夠，導致制(zhi)作成三(san)維實(shi)景模(mo)型后(hou)，立(li)面紋理(li)或(huo)(huo)三(san)角(jiao)網(wang)格模(mo)糊(hu)不清，棱角(jiao)圓滑，不利于建(jian)模(mo)后(hou)進行(xing)產(chan)狀(zhuang)測量、體積(ji)測量等(deng)工(gong)作。筆(bi)者通(tong)(tong)過試驗發現(xian)，手動或(huo)(huo)自動規劃航(hang)(hang)線(xian)，可(ke)使無人機(ji)在(zai)垂直航(hang)(hang)線(xian)上(shang)飛行(xing)，面向巖面進行(xing)立(li)面影(ying)(ying)(ying)像(xiang)采集；而后(hou)單(dan)獨采集立(li)面的影(ying)(ying)(ying)像(xiang)數據，再結合上(shang)方位(wei)的五向傾(qing)斜影(ying)(ying)(ying)像(xiang)數據一(yi)同(tong)制(zhi)作三(san)維實(shi)景模(mo)型，通(tong)(tong)過這一(yi)操(cao)作可(ke)獲(huo)取(qu)更精細的紋理(li)效果，從而能獲(huo)取(qu)更精確的巖體結構面參數。
1.2 數據獲取
無人機(ji)傾(qing)斜攝(she)影(ying)規(gui)劃航線重(zhong)疊率(lv)一般(ban)設置如(ru)下：航向重(zhong)疊率(lv)不(bu)低(di)于(yu)(yu)80%，旁向重(zhong)疊率(lv)不(bu)低(di)于(yu)(yu)70%，立面補(bu)充(chong)影(ying)像重(zhong)疊率(lv)不(bu)低(di)于(yu)(yu)60%，相對航高(gao)的計算(suan)公式如(ru)下：
式（1）中，H為(wei)相(xiang)對航高（單(dan)位(wei)為(wei)m），f為(wei)攝影(ying)(ying)鏡頭(tou)的焦距（單(dan)位(wei)為(wei)mm），GSD為(wei)影(ying)(ying)像(xiang)的地(di)面(mian)分辨率（單(dan)位(wei)為(wei)cm/pixel），a為(wei)像(xiang)元(yuan)尺寸的大小（單(dan)位(wei)為(wei)μm）。
無(wu)人機進行航(hang)飛(fei)后，應(ying)當經過不少于3個點的(de)精度校核，平(ping)面及(ji)高程(cheng)中(zhong)誤差在±5cm內(nei)，這樣的(de)采集結果(guo)方可(ke)被采用。
1.3 數據成果(guo)生(sheng)產過程
數(shu)據(ju)獲取成果后(hou)由Photoscan軟(ruan)(ruan)件(jian)自動(dong)處理解析空中三角(jiao)測量(liang)加密，影(ying)像(xiang)導(dao)入軟(ruan)(ruan)件(jian)后(hou)，設(she)置坐標系為CGCS2000、1985國(guo)家高(gao)程基準高(gao)程、高(gao)斯3度帶(dai)投(tou)影(ying)，即開始自動(dong)進(jin)行影(ying)像(xiang)校準、平差(cha)、空中三角(jiao)測量(liang)計算原始影(ying)像(xiang)外方(fang)位(wei)元素等，最(zui)終獲得高(gao)密度的點云(yun)(yun)數(shu)據(ju)；再將點云(yun)(yun)數(shu)據(ju)導(dao)入ContextCapture軟(ruan)(ruan)件(jian)自動(dong)生成三維實景(jing)模型、DEM、DOM等成果；最(zui)后(hou)，將DEM及(ji)DOM導(dao)入EPS軟(ruan)(ruan)件(jian)進(jin)行地(di)形(xing)圖繪(hui)制。
1.4 數據成果應用預期成果
筆(bi)者利用(yong)三維(wei)模型輔(fu)助軟件ContextCapture Viewer打開三維(wei)實景模型進(jin)行量測(ce)及分(fen)析，得到以下調查成(cheng)果(guo)。
（1）地形地貌(mao)調查成果：目視可得項目區地貌(mao)、微地貌(mao)類型，利用軟(ruan)件的距離量測功能可量測出(chu)山體標高、坡(po)腳標高、高差、原(yuan)始山體坡(po)度、現狀坡(po)度等參數。
（2）植被調查成果：通過三維(wei)實(shi)景模型目視可(ke)得原始山體植被發育(yu)情況(kuang)，利用面積量測進行(xing)覆蓋率計(ji)算。
（3）巖(yan)體(ti)(ti)結(jie)構及地質(zhi)災(zai)害點(dian)調(diao)查成(cheng)果(guo)：因額外補充了(le)采坡(po)立面(mian)的影像來制(zhi)作三維實景(jing)模型，所(suo)以各立面(mian)的裂隙(xi)、巖(yan)層產狀等清晰可見、棱(leng)角分明；通(tong)過軟件(jian)的坐(zuo)標功能讀(du)取巖(yan)體(ti)(ti)1個結(jie)構面(mian)上3個點(dian)，利用其(qi)擬合結(jie)構面(mian)的空間展布(bu)，得(de)到平面(mian)方程參數，計算(suan)出結(jie)構面(mian)的產狀及坡(po)向坡(po)度，再確認裂隙(xi)是否貫通(tong)，避免了(le)因坡(po)面(mian)高陡而無法實地使用羅盤、皮尺測(ce)量的問題；最(zui)后在模型中(zhong)勾畫(hua)對危(wei)巖(yan)體(ti)(ti)、危(wei)巖(yan)帶(dai)或(huo)崩(beng)塌體(ti)(ti)的邊界，利用體(ti)(ti)積或(huo)距離測(ce)量工具，獲得(de)每(mei)個災(zai)害點(dian)、隱患點(dian)的長寬高、體(ti)(ti)積及與承災(zai)對象間的精確距離。
實 例
2.1 勘(kan)查區概況
廣(guang)西(xi)南寧(ning)市(shi)隆安縣(xian)寶塔(ta)新區點燈山(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)生態修復綜(zong)合治(zhi)理項目(mu)的(de)勘查面積(ji)約(yue)0.3km2，位于隆安縣(xian)震東生態移民新村搬遷地(di)東部，以規劃道路相隔。點燈山(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)原先(xian)為開采的(de)石(shi)場，關停后現屬無主礦(kuang)山(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)。礦(kuang)山(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)經(jing)多年開采，破壞程度(du)較為嚴(yan)重，采坡及頂(ding)部殘留(liu)數十處(chu)不穩(wen)定巖(yan)體(ti)，時常發生小型(xing)巖(yan)質崩塌，威(wei)脅山(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)腳處(chu)道路行經(jing)車輛、行人的(de)生命財產安全[3]。
廢棄礦山(shan)(shan)山(shan)(shan)體走向大致呈(cheng)(cheng)SN向，山(shan)(shan)體原始植被(bei)多以灌木為主，邊(bian)坡(po)(po)基(ji)(ji)巖(yan)基(ji)(ji)本裸露，西(xi)、南、東(dong)(dong)三面(mian)山(shan)(shan)腳(jiao)緊鄰道路(lu)及(ji)搬遷居民區(qu)(qu)(qu)(qu)。原先采石(shi)(shi)場(chang)(chang)分(fen)別(bie)位(wei)于山(shan)(shan)體東(dong)(dong)、西(xi)兩側，開(kai)采過程中山(shan)(shan)體東(dong)(dong)、西(xi)兩面(mian)造成人(ren)為破壞(huai)，呈(cheng)(cheng)3處(chu)人(ren)工(gong)(gong)挖方的巖(yan)質邊(bian)坡(po)(po)和1處(chu)原始邊(bian)坡(po)(po)。筆(bi)者根據(ju)各邊(bian)坡(po)(po)位(wei)置，將其劃分(fen)為A區(qu)(qu)(qu)(qu)、B區(qu)(qu)(qu)(qu)、C區(qu)(qu)(qu)(qu)、D區(qu)(qu)(qu)(qu)共4個區(qu)(qu)(qu)(qu)（見(jian)圖2）。A區(qu)(qu)(qu)(qu)、B區(qu)(qu)(qu)(qu)、C區(qu)(qu)(qu)(qu)內挖方邊(bian)坡(po)(po)的坡(po)(po)壁陡(dou)峭(qiao)，巖(yan)石(shi)(shi)裸露，巖(yan)面(mian)凹凸不平，部(bu)(bu)分(fen)巖(yan)體下部(bu)(bu)為懸空(kong)狀(zhuang)，原始平均坡(po)(po)度約50°，石(shi)(shi)場(chang)(chang)開(kai)采后(hou)坡(po)(po)度達80°以上(shang)，局部(bu)(bu)為直(zhi)(zhi)立(li)的陡(dou)崖(ya)。D區(qu)(qu)(qu)(qu)未受采石(shi)(shi)影響，但坡(po)(po)體巖(yan)石(shi)(shi)在(zai)風化(hua)及(ji)溶蝕作用(yong)下已發育有(you)較多裂隙，巖(yan)體呈(cheng)(cheng)破碎狀(zhuang)。地面(mian)調(diao)(diao)查時山(shan)(shan)坡(po)(po)中部(bu)(bu)、上(shang)部(bu)(bu)仍有(you)多處(chu)危巖(yan)體分(fen)布，穩定性較差。該廢棄礦山(shan)(shan)高差較大且無道路(lu)直(zhi)(zhi)通山(shan)(shan)頂及(ji)坡(po)(po)面(mian)，人(ren)工(gong)(gong)調(diao)(diao)查風險(xian)大、成本高，故采用(yong)無人(ren)機傾斜攝影測量技術進行調(diao)(diao)查。
2.2 數據獲取及(ji)數據成果(guo)生產情(qing)況
此次傾斜攝影測量任(ren)務(wu)采用大疆精靈 Phantom 4 RTK無人(ren)機(ji)執飛。精靈 Phantom 4 RTK是為(wei)高(gao)精度建(jian)圖與精準飛行設計的(de)行業級無人(ren)機(ji)，具有高(gao)精度RTK定位(wei)導航系統，免像控理論可達(da)到1cm+1ppm水平定位(wei)精度及1.5cm+1ppm垂直定位(wei)精度。
筆(bi)者將規劃航(hang)線重疊率設(she)置為航(hang)向85%，旁向75%。根(gen)據(ju)前文相(xiang)對航(hang)高計算公式（1），該(gai)款無人機(ji)搭載的鏡頭像元大(da)小(xiao)為 2.41μm，相(xiang)機(ji)焦距為8.8mm，代入公式得H≈36.5GSD，此次數(shu)據(ju)地面分辨(bian)率要求優于5 cm/pixel，故可得H=182m，設(she)置相(xiang)對航(hang)高182m。
此次作業面(mian)積約0.3km2，使用單(dan)鏡頭傾(qing)斜(xie)攝影(ying)模(mo)式，共飛行5個架次，耗(hao)時90min，獲取影(ying)像(xiang)(xiang)數據約500張。另(ling)外，筆者對所有(you)的采坡進行垂直(zhi)立面(mian)影(ying)像(xiang)(xiang)采集，重疊率60%，采集影(ying)像(xiang)(xiang)約300張。
筆(bi)者(zhe)分別對位(wei)于西側山腳(jiao)、東側板房(fang)、南側路(lu)口等3個檢(jian)查點進行校核，發(fa)現平面及(ji)高程中(zhong)誤差在±5 cm內，數據采集結果可(ke)用。
筆者采集數據后使(shi)用Photoscan、ContextCapture、EPS軟件進行三(san)維(wei)實(shi)(shi)景建模(mo)(mo)及(ji)(ji)地形(xing)圖(tu)繪制，累計耗時約24h，生成DEM、DOM、三(san)維(wei)實(shi)(shi)景模(mo)(mo)型(xing)及(ji)(ji)1∶1000地形(xing)圖(tu)約0.3km2，模(mo)(mo)型(xing)最(zui)大分辨率1cm/pixel，調查(cha)區范圍(wei)內分辨率平均優于5cm/pixel。項目區三(san)維(wei)實(shi)(shi)景模(mo)(mo)型(xing)如圖(tu)3所示。
2.3 調查(cha)成果(guo)
（1）地(di)形地(di)貌(mao)調查成果：目視可見項(xiang)目區地(di)貌(mao)為巖溶峰叢谷(gu)（洼(wa)）地(di)地(di)貌(mao)，山(shan)體(ti)標(biao)高192～196m，坡(po)腳(jiao)標(biao)高125 ～141m，最大高差(cha)72 m，原(yuan)始山(shan)體(ti)坡(po)度36°～66°，現狀坡(po)度主要在36°～90°之間(jian)。礦(kuang)山(shan)山(shan)體(ti)西南面的隆安縣震(zhen)東生(sheng)態移民新村，距離危巖山(shan)腳(jiao)約50m，山(shan)腳(jiao)規劃道路(lu)在南部山(shan)腳(jiao)處(chu)相交，道路(lu)現狀所處(chu)高程在122～127m。
（2）植(zhi)(zhi)被調查成果：目視可見原(yuan)始(shi)山體植(zhi)(zhi)被發育甚好，植(zhi)(zhi)被覆蓋(gai)(gai)率＞75%，主要生長(chang)有灌木、雜(za)草等。采坡范圍(wei)內被人工破壞，無植(zhi)(zhi)被覆蓋(gai)(gai)，巖石裸(luo)露。
（3）巖(yan)(yan)體(ti)結構及地質災害點調查成(cheng)果：經(jing)統計，A、B、C、D4個區共劃(hua)分危巖(yan)(yan)帶(dai)48處，各區危巖(yan)(yan)帶(dai)分布位置及主要(yao)特征如表1所示(shi)。
經(jing)現(xian)場復核(he)，筆(bi)者(zhe)發現(xian)地(di)形(xing)地(di)貌、植(zhi)被(bei)、巖體結構、地(di)質災害點(dian)特征等信息(xi)、參數準確(que)無誤，利用無人(ren)機傾(qing)斜攝影調查獲取的數據(ju)、信息(xi)、精度可以滿(man)足相關工作需求(qiu)，為編寫勘察報告及設計(ji)施工圖提供(gong)了有(you)力、可靠的依據(ju)。
3 結束語
（1）筆者(zhe)認為(wei)，無人(ren)機傾(qing)斜攝(she)影技術(shu)(shu)為(wei)廢棄礦(kuang)山(shan)生態(tai)修(xiu)復(fu)調查(cha)(cha)數據資料(liao)的(de)(de)獲取打開了(le)新視角。采(cai)(cai)用無人(ren)機傾(qing)斜攝(she)影測量技術(shu)(shu)進行具有高(gao)(gao)陡(dou)采(cai)(cai)坡的(de)(de)廢棄礦(kuang)山(shan)調查(cha)(cha)，不但(dan)能(neng)夠避免復(fu)雜的(de)(de)地形條件的(de)(de)限(xian)制，而且有效地提高(gao)(gao)了(le)生態(tai)修(xiu)復(fu)調查(cha)(cha)的(de)(de)效率，具有更高(gao)(gao)的(de)(de)時效性和精確性，降低了(le)成本(ben)，為(wei)進一步的(de)(de)生態(tai)修(xiu)復(fu)勘查(cha)(cha)設(she)計(ji)或(huo)實施方(fang)案提供了(le)較好的(de)(de)數據支(zhi)撐。
（2）待解決的問題：目前(qian)無(wu)人機傾斜攝影一(yi)般搭載的是可見光(guang)(guang)影像模塊(kuai)，調(diao)查巖(yan)體裸露廢棄礦山(shan)的效果(guo)較(jiao)好。但(dan)對于植被發育(yu)較(jiao)好的山(shan)體，僅依靠可見光(guang)(guang)傾斜攝影無(wu)法(fa)準確發現隱藏在植被下(xia)的危巖(yan)和浮石。后續工作中(zhong)，可引入無(wu)人機激光(guang)(guang)雷達掃(sao)描技術，利用激光(guang)(guang)雷達主(zhu)動發射多回波激光(guang)(guang)束“穿(chuan)透”地(di)表植被，更(geng)快速、更(geng)高精(jing)度獲取(qu)(qu)地(di)面三維空間信息，獲取(qu)(qu)地(di)面真實地(di)形特(te)征，有效識別、提取(qu)(qu)隱蔽(bi)性礦山(shan)、隱蔽(bi)性災害(hai)的的相關信息。
（3）在生(sheng)態修復(fu)領域，無(wu)人機(ji)還可用于土壤(rang)污染調查、日(ri)照(zhao)分析、施(shi)工過程控制、生(sheng)態修復(fu)后監(jian)測(ce)及(ji)地質災害監(jian)測(ce)等[4]。
[參(can) 考(kao) 文 獻]
[1] 薛躍(yue)明(ming).無人(ren)機(ji)傾斜攝影技(ji)術在地質災害(hai)調查監(jian)測中(zhong)的(de)應用(yong)[J].中(zhong)國科技(ji)縱橫，2016（15）：15-16，19.
[2] 吳森.無人機(ji)傾斜攝影(ying)在(zai)高位(wei)危巖體調查中的應用[J].四川地(di)質學(xue)報，2019（3）：459-463.
[3] 廣(guang)西地(di)礦建設集團有限公司(si).南寧市隆安縣寶(bao)塔新(xin)區點燈(deng)山生態修復綜合治理(li)項(xiang)目(mu)詳細勘查報告[R].南寧：廣(guang)西地(di)礦建設集團有限公司(si)，2018.
[4] 謝金亮(liang).無人機遙感(gan)在生態(tai)修(xiu)復中(zhong)的應用(yong)[J].有(you)色冶金節能，2019（5）：40-43.
｜作者(zhe)簡介｜朱駿靈（1990-），男(nan)，2013年(nian)畢業于桂(gui)林理工大(da)學博文管理學院，勘(kan)查技術與工程專業，主要從事生(sheng)態(tai)修復(fu)、地質災害(hai)防治工程技術工作，工程師。
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