赵 波

（甘肃省地矿局测绘勘查院，甘肃 兰州 730000）

传统的卫星遥感及其测量手段会损耗工程方大量的时间和成本，这对于部分紧急情况的测绘而言，无法快速有效地将地质测绘信息更新[1]。但无人机倾斜摄影技术的优势就是：具备较高的灵活性，在测绘上更加高效和方便，测绘结果更为精确，适合用于各种领域且成本损耗较低，特别是在小范围应用和飞行比较困难的区域上表现出来的优势更为突出，无人机倾斜摄影技术可以在很大程度上弥补传统测绘手段的缺陷，取代传统的测绘手段。本文从矿山地质测绘信息的基础着手，仔细分析了矿山地质测绘信息的数据来源、信息特征以及分类环节，构建了数据模型，具体包括概念数据模型与逻辑数据模型，对矿山地质测绘数据进行了具体分类和组织[2]。根据地质测绘数据不同的专业方向以及数据在矿山图形信息库内的几何特征，如点、线、面等，对矿山地质测绘数据进行分类，从而形成了一整套适合用于矿山地质测绘数据组织管理的分类系统。

1 基于无人机倾斜摄影测量的矿山地质测绘数据分类系统硬件组成

（1）轻型多视角航摄仪。现在的航空数码相机主要包括两种，即线阵相机与面阵相机。线阵相机的传感器只具备双行感光射线，线阵相机对于飞行环境的要求比较高且在后续数据整理的细节处理上也较为繁琐，现行的处理系统针对部分特殊环境会产生无法处理的情况。线阵相机的影像生成在一定程度上是依赖于POS数据，生成的每一幅影像均属于中心投影。倾斜摄影就具备成像质量高，平面精度高等特征。面阵相机获取到影像可以满足上列要求，同时对数据后续的细节处理更为简单。因而，能够将多个面阵图像传感器根据一定的组成方式进行拼接，之后再进行影像数据的采集。

现在倾斜航空摄影上应用比较多的就是双拼相机、多拼相机。这些拼接组合式的相机主要包括内视场组合拼接以及外视场组合拼接两种。在进行航空拍摄时，多个相机必须确保同时曝光。如此在完成拍摄以后，就能够对每一个相机获取到的面阵影像进行组合拼接，从而组成一幅无限接近单中心投影的大像幅影像。这种组合拼接的方法获取到的大像幅影像严格意义上来说并不属于中心投影。因此在综合考虑影像重叠、图像分辨率、倾斜角以及图像位移等因素，在对地面物体的三维重建基础上，选择解放军10001厂自主研发设计的带有6个镜头相机的轻小型多视角航空摄影测量仪，其采取的主要是外视场组合拼接技术，带有通用设备拼接装置，能够加载在各种型号的无人机上。

图1 轻小型多视角航空摄影测量仪

（2）接口设计。为了保证矿山地质测绘数据分类系统和数据信息的安全，以接口方式和其它系统通信。这方面指的是测绘数据分类系统和信息管理系统，比如生产管理系统与质量管理系统之间的有效连接。通过建立数据库的视图，控制其它系统对本系统数据库使用权限的手段来完成，这些用户只可以访问既定的视图，且只具备查询权。

（3）数据采集器。数据采集器的电源通过单片机产生一定电压，借助单片机电压调节器，从而为单片机提供矿山地质测绘数据分类系统所需额定电压。与此同时，系统运转产生的电压会利用系统的上传输送程序对3V电压进行控制。利用Web网络的被预测信号经过系统调整以后，通过单片机转化成功设备运行的电压，从而获取到转换以后的相应数据，如此就实现了对矿山地质测绘数据的采集过程。

2 基于无人机倾斜摄影测量的矿山地质测绘数据分类系统软件设计

（1）图形数据库及其结构。图形数据构造主要是采取自下而上的逻辑结构，即简单图形根据一定的互相关系组建复杂的图形。为了适应矿山地质测绘数据分类系统中对图形数据量变动范围较大的需求，除上层图层以外，其它各层都必须采取间接式技术来完成图像存储结构。这一结构的图形数据库具有存储巨量数据的能力。其中图层的定义同线型同样被登记在一个动态的数组元内，其主要是作为一个“完整图”的直接下层而存在于系统内，属于图形数据库的第一层。由图形数据库生成的图像输出文件，对应于图像文件中的每个数据记录和每个图层的对应关系。图层具体是以一个十二位字节的整数来代表其输出顺序。图段主要用于表示两个或多个在逻辑上具备属性关系的图形对象。图组用于表示彼此之间较为独立的图形对象及其附属对象。而图元作为存储各项基本图素的描述数据而存在，和上述元素不同的是，其记录长度是不均等的，而图层、图组、图段内各个元素的长度则是均等的。

（2）特征数据分类端设计。特征数据分类端可以有效实现人工操作的解放，其按照图形数据库处理端所获取到的大数据特点，通过分类器完成特征数据的分类工作。特征数据分类端所设计的数据根据最优分类原理，在特征向量机这一分类器的基础上实现的。特征向量机具体是按照逻辑关系从数据中心提取出的大数据特征，将大数据分解为向量，其中的支持向量则被匹配到两端，一端用于接收和特征数据无关的向量，一端通过最优平面完成对数据的有效分类。

航空摄影测量仪对应的局部测量坐标系选用摄像机的三维坐标系。设代表的是数据采集器1对应的局部测量坐标系；代表的是数据采集器2对应的局部测量坐标系；代表的是全局测量坐标系。

设Xw代表的是在三维坐标系中任意点对应的矢量，其表达式如下：

设Xc1代表的是在数据采集器1对应的局部测量坐标系中任意点对应的矢量，其表达式如下：

设Xc2代表的是在数据采集器2对应的局部测量坐标系中任意点对应的矢量，其表达式如下：

全局坐标系和数据采集器1、2之间通过下式进行转变：

无人机倾斜摄影测量作为一种有效将统计学和物理学结合在一起的广泛应用于特征数据分类的设备，其优势是计算准确，具备很高的工作效率，且对地质测绘数据的分类限制比较少，能够大大简化矿山地质测绘数据特征在数据分类系统的工作流程，从而有效降低了系统的资源占用率。

3 仿真实验论证与分析

为确保本文设计的基于无人机倾斜摄影测量的矿山地质测绘数据分类系统的有效性，进行仿真实验论证分析。

（1）实验准备。为了验证上述无人机倾斜摄影测量的矿山地质测绘数据分类系统可行性及精度情况，选择一城市郊区某矿山周围2平方公里作为试验区域。获取了2平方公里倾斜影像数据，将本文设计系统与传统系统对精度进行验证。

（2）实验结果分析。实验对本文所设计的矿山地质测绘数据分类系统的稳定性进行验证，选取两种数据分类系统进行对比分析。结果如表1、表2所示：

表1 本文设计的数据分类系统稳定性验证结果

表2 传统数据分类系统稳定性验证结果

由表1、表2中的数据可知，本文设计系统的数据分类准确率比传统数据分类系统的数据分类准确率要高，从召回率数据来看，本文设计系统的数据分类召回率较低，由此可以得出本文设计数据分类系统的稳定性较高。

试验过程中，通过两种不同的系统同时在相同环境下工作，分析其分类效果的变化。具体效果对比图如下图所示。

通过实验结果可知，本文提出的基于无人机倾斜摄影测量的矿山地质测绘数据分类系统，其数据分类的精确度远高于传统方法，具备较高的实用性和有效性。

图2 实验结果对比图

4 结语

本文设计的基于无人机倾斜摄影测量的矿山地质测绘数据分类系统具备极高的有效性，有利于提高矿山测绘的工作效率。希望本文的研究能够为我国无人机倾斜摄影测量的矿山地质测绘数据分类系统提供理论依据和参考。