矿山生态修复中无人机倾斜摄影技术的运用研究
矿山生态修复中无人机倾斜摄影技术的运用研
究
摘要：矿山开采导致地质环境、生态环境发生变化，传统调查方法难以满足矿山复杂、危险的
调查作业。随着无人机倾斜摄影技术的发展和应用，无人机已成为矿山生态修复调查评估、规
划设计、治理实施和验收的重要手段。以广东惠州某露天矿生态修复为例，应用无人机倾斜摄
影技术建立三维实景模型，制作高分辨率的正射影像。结合 GIS 软件，快速解译矿山地质灾
害、地形地貌景观破坏、土地损毁及植被恢复等生态修复要素。该方法减少了野外调查工作
量，且具有较高的精度，保障了调查工作的安全。
关键词：无人机; 倾斜摄影; 三维实景模型; 生态修复;
Application of UAV Oblique Photography in Ecological Restoration of the Mining Area
HUANG Xuandong
Nonferrous Mine Geological Disaster Prevention Center of Guangdong Province
Abstract：Mining cause the changes in geological environment and ecological environment. The
traditional survey methods are difficult to fit the complex and dangerous survey operations in mines.
With the development and application of UAV Oblique photography technology,it has becomed
important means of investigation and evaluation,planning,design,implementation and acceptance in
mine ecological restoration. Taking the ecological restoration of an open-pit mine in
Huizhou,Guangdong as an example,a threedimensional real scene model was established by UAV tilt
photography technology to produce high resolution orthophotos. Combined with GIS
software,ecological restoration factors such as mine geological disasters,landscape damage,land
damage and vegetation restoration were quickly interpreted. This method reduces the workload of field
investigation,and has high accuracy,and ensures the safety of investigation.
矿山生态修复的调查、设计、监测涉及地质灾害调查、土地损毁调查、污染调查、水土流失、
植被调查等方面，需要开展大量的野外工作。由于露天矿山开采形成了复杂地形条件，尤其是
破碎边坡、高陡边坡、危岩边坡、排土场边坡等复杂地形，存在崩塌、落石、滑坡等地质灾害
隐患，调查人员无法近距离测量和调查。无人机航摄，为矿山生态修复调查、监测提供了新技
术。无人机航摄具有高危地区探测、影像实时传输、高分辨率、续航时间长、成本低、易推
广、机动灵活等优点，不受云覆盖区的影响，已逐渐成为科学研究、农林植保、地理测绘、抢
险救灾、执法督察等领域的重要手段之一。近年来，倾斜摄影技术在无人机航摄技术和三维实
景建模技术的推动下得到广泛应用。
无人机倾斜摄影技术已成功应用在地质环境调查、测量、地质灾害调查、矿山执法、应急救援
等方面[1,2,3,4,5,6,7,8]，极大提高了工作效率，取得了较好的效果。本研究通过应用小型的消
费级无人机大疆精灵 4 Pro V2.0 对矿区进行倾斜摄影测量，建立三维实景模型，在三维实景模
型及正射影像中进行地质环境和生态环境的遥感解译和分析研究，作为矿山生态修复调查、规
划设计和治理效果展示的重要手段。
1 无人机倾斜摄影应用工作流程
无人机倾斜摄影技术通过在飞行平台上安装传感器，从垂直、倾斜等多个角度采集具有空间信
息的照片，经过三维建模软件后期处理，建立三维实景模型，直观真实地反映被测对象。也可
以生产出厘米级的测绘成果，如数字正射影像 DOM、数字表面模型 DSM、数字高程模型
DEM 等。
无人机倾斜摄影测量系统由无人机摄影平台、飞行控制系统和地面监控系统组成。工作流程分
为像控点布设、数据采集、数据处理、测绘成果表达、遥感解译。无人机倾斜摄影应用工作流
程见图 1。
(1）像控点布设。像控点布设为后续三维建模提供控制点信息，用于提高三维实景模型的测绘
成果精度。像控点的坐标可以通过传统的测量方法和 GPS RTK 方法测定，也可以使用CORS
基准站用GPS-RTK 测定。当模型的测绘精度要求不高时，可采用免像控点获取无人机影像建
模。
(2）数据采集。倾斜摄影一般需要多个方向的影像，分为垂直地面角度拍摄的正片和与地面成
一定夹角拍摄的斜片。固定翼无人机或大型多旋翼无人机一般搭载 5镜头相机，数据获取效率
高，但操作较复杂。小型多旋翼无人机搭载单镜头，通过飞行控制软件可以用单镜头模拟多镜
头成像，规划 5条航线分别从不同方向和角度进行航摄，航向重叠率一般为60%～80%，旁向
重叠率为 40%～60%。无人机拍摄影像地面分辨率直接影响矿山生态修复调查精度。
(3）数据处理。三维实景建模软件主要有欧洲的Street Factory、俄罗斯的Photo Scan、瑞士的
Pix4D、美国 Bentley 公司的Context Capture（原 Smart3D Capture）及国产的DP-
Modeler、Altizure、大疆智图等软件。导入含有坐标及POS 信息的照片，进行空间三角解算，
然后生产三维实景模型。通过三维实景模型，可进行虚拟踏勘、遥感解译等，了解地形地貌、
土地现状、植被覆盖、环境污染等基础信息。
(4）测绘成果表达。三维实景模型建立后，可进一步生产出高精度的测绘成果，如数字正射影
像DOM、数字表面模型 DSM、数字高程模型 DEM 等，为后续遥感解译、测算、工程设计、
监测提供工作底图。
(5）遥感解译。将测绘成果导入GIS 软件或Auto CAD 软件，对地质灾害、地形地貌、土地现
状、植被发育、环境污染、工程设施等地表特征进行遥感解译，也可直接通过三维实景模型进
行体积、面积计算。
2 矿山生态修复应用实例
2.1 矿山生态环境问题现状
工作区域位于广东惠州北部，调查区域约2 km2，矿区位于丘陵地带，区域内海拔高差达 200
m，地势起伏不平，建筑物较少，矿区周边无敏感点，飞行空域良好。矿山开采矿种为水泥用
灰岩，开采方式为露天台阶开采，由山坡露天开采转为凹陷露天开采，表土剥离厚度2～20
m，采坑标高+243～-10 m，地表侵蚀面标高+80 m。露天剥离挖损土地和有林地，弃土堆积损
毁有林地，压占土地资源，地表植被破坏严重，台阶坡陡，岩石松散破碎，易发生崩塌地质灾
害。
2.2 无人机倾斜摄影应用技术方案
矿山生态环境调查方法采用地面调查和无人机遥感调查。先地面踏勘调查，了解矿山基本情
况，建立解译标志，然后采用无人机倾斜摄影技术，建立三维实景模型；再室内遥感解译，最
后补充调查。考虑到矿山范围较小，地形复杂，本次实践采用多旋翼无人机大疆精灵 4 pro
V2.0，该无人机起飞质量 1 375 g,30 min 续航，搭载 1英寸 2 000 万像素 CMOS 传感器，采用机
械快门相机，实现10 km 的遥控信号传输，可承受最大风速10 m/s。无人机飞行控制应用采用
大疆 DJI Pilot，可以规划 5条航线模拟多镜头成像。本次飞行高度 400 m，获取了 437 张照
片，地面添加 5个控制点。三维实景建模软件采用 Context Capture 软件，采用 CGCS2000 坐标
系，经过空三解算，生成后缀.s3c 及OSGB 的场景文件、DOM、DSM 等，DOM 地面分辨率达
到0.2 m，可满足调查评估与规划设计要求。三维实景模型、纹理模型如图 2、图3所示。数字
正射影像 DOM、数字表面模型 DSM 分别如图 4、图5所示。
2.3 应用效果分析
矿山生态修复涉及地质灾害防治、地形地貌景观治理、土地复垦、矿山复绿、水土污染防治。
需要调查的要素主要有地质矿产、矿山开采、地质灾害、水土保持、土地分类、土地损毁、土
“ ”壤类型、土壤污染、植被类型、 三废排放等。建立高精度倾斜摄影三维模型和正射影像图，
可以在室内解译 80%以上的矿山地质灾害、地形地貌景观破坏及土地损毁情况，用遥感解译的
正射影像作为野外手图，有针对性地开展野外补充调查，大大减少了野外工作量，提高工作安
全性。
摘要：
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矿山生态修复中无人机倾斜摄影技术的运用研究摘要：矿山开采导致地质环境、生态环境发生变化，传统调查方法难以满足矿山复杂、危险的调查作业。随着无人机倾斜摄影技术的发展和应用，无人机已成为矿山生态修复调查评估、规划设计、治理实施和验收的重要手段。以广东惠州某露天矿生态修复为例，应用无人机倾斜摄影技术建立三维实景模型，制作高分辨率的正射影像。结合GIS软件，快速解译矿山地质灾害、地形地貌景观破坏、土地损毁及植被恢复等生态修复要素。该方法减少了野外调查工作量，且具有较高的精度，保障了调查工作的安全。 关键词：无人机;倾斜摄影;三维实景模型;生态修复;ApplicationofUAVObliquePhot...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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时间：2023-05-19
