大疆无人机助力矿山修复

项目背景

我国是矿产资源丰富的大国,建国以来,特别是改革开放后矿业迅速发展,但大规模的开发同时带来了生态环境问题。尤其是在南方丘陵地带,矿山开采对山体和植被破坏较为严重,野生动植物自然栖息地受损,滑坡、山洪等灾害和塌陷事故时有发生。随着生态文明建设的日益推进,矿山生态修复成为一个重要的环境治理议题。

本次项目为某市多个废弃采石矿修复前期勘测,矿区地质结构较为复杂。在采石区山体高差较大(高差150m-300m),落石时有发生,测区作业人员风险较大。为减少作业人员风险,提高工作效率,采用大疆无人机防地飞行,这样既可以满足精度要求同时又能提高建模效果。具体方案如下:

测区现状图

作业流程

倾斜摄影测量技术在飞行平台上搭载多镜头倾斜相机同步拍摄或利用单镜头相机摆动拍摄,获取同一航高下不同角度、不同方位的照片,并且大疆无人机集成有定位定姿功能,可实时记录照片的位置信息和姿态参数,经内业后处理获取数字线划地图、正射影像、数字高程模型、实景三维模型等测绘产品。目前倾斜摄影测量技术因低成本、高效率、高精度、真实性等优势,在智慧城市、文物保护、应急抢险、数字孪生等领域应用广泛,并取得了较好效果。倾斜摄影测量技术路线如下图所示。

倾斜摄影测量技术路线图

作业准备

硬件:大疆M350RTK+P1大疆M3E中海达RTK

软件:ContextCapture南方CASS清华三维EPS

设备照片

像控点&检查点布设与测量
像控点选择视野开阔、地面平整高程变化小、容易判别、影像清晰的区域,并均匀布设,三维坐标使用全球导航卫星系统(GNSS)实时动态载波相位差分技术(RTK)采集,在像控点上居中施测3 次,平滑时间30 s,取三次成果平均值为最终三维坐标。每个测区布设像控点(确保至少4(控制点)+2(检查点)模式)平面坐标系为CGCS2000 国家大地坐标系,采用高斯投影方式,高程系统为1985国家高程基准。
控制点&检查点数据采集

规划航线与数据采集

仿地飞行航高随地形高低起伏不断变化,DSM 文件可通过下载全球DEM数据或实地采集实现。根据测区地形情况选择采集设备为大疆M350 RTK无人机搭载P1相机、大疆M3E(支持实时防地,无需DSM)无人机。飞行前导入本测区低分辨率DSM至遥控器中,规划仿地航线并设置好相关参数,无人机外业飞行时自动调整航高,云台按智能化轨迹多角度摆动拍摄,并在测区边缘智能筛选拍摄减少照片数量,缩短内业后处理时间。

航线规划与数据采集

内业处理-构建三维模型

ContextCapture软件主要由主模块、引擎模块和浏览模块三大模块组成。ContextCapture建模包括添加原始影像、空中三角测量、像控点刺点、构建实景三维模型。实景三维模型构建前需设置构建模型范围、瓦片大小、输出格式、坐标系统等,然后提交生产任务,构建实景三维模型。

内业处理-纹理精度分析

三维模型纹理精度是衡量产出模型质量的重要标准。从下图可知,本次项目三维建模清晰精细,无大范围空洞、扭曲变形、结构漏洞等,道路指示牌较完整,建筑物、交通设施和植被高度、形状、位置和相互关系正确,未见明显拉花现象,模型光照效果、整体色调良好,可判定为合格。

三维模型

内业处理-绝对位置精度分析

将三维模型量测坐标与检查点坐标作对比,并以外业实测坐标为真值,求解距离中误差、高程中误差。较差统计如下图所示,满足精度要求。

绝对位置精度分析

内业处理-线画图

依据外业调绘成果、《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》和本设计书进行编辑。对采集的数据进行编辑,应保证线条光滑,严格相接,不得有多余悬挂点和伪结点,且关系合理,属性项、属性值正确;所有相邻图幅之间应进行接边处理(位置接边和属性接边)。

线画图
项目总结

本次项目复杂山区地形进行勘测,设计了仿地飞行最优航线,采集测区倾斜影像、对生成的三维模型进行线画图采集。充分展示无人机以下特点:

(1)高效快速:无人机航测能够迅速覆盖大面积区域,提高数据采集效率。
(2)精细准确:搭载的高分辨率相机和传感器能够获取高精度的地形、地貌数据。
(3)机动灵活:无人机不受地形和交通限制,能够轻松进入复杂环境进行作业。
(4)成本低:相比传统测绘方式,无人机航测能够显著降低作业成本。
(5)适用范围广:广泛应用于国土测绘、环境监测、资源勘探等多个领域。
无人机行业应用
国土测绘:用于土地资源调查、土地利用动态监测、地形图制作等。
环境监测:监测水质、空气质量、植被覆盖等环境要素,为环保部门提供数据支持。

资源勘探:在矿产、油气等资源勘探中,无人机航测能够快速获取地质信息,辅助勘探工作。
应急救灾:在自然灾害发生时,无人机航测能够迅速获取灾区影像数据,为救灾决策提供依据。
林业:高效监测和信息采集,助力林草生态保护。

 

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