基于無人機攝影測量技術(shù)的礦山開采監(jiān)測研究

史文芳

（甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊，甘肅 天水 741000）

露天礦的不合理開發(fā)和利用已經(jīng)對我國礦產(chǎn)資源造成極大浪費，也污染了周邊地質(zhì)環(huán)境，如果繼續(xù)無序開采，很有可能引發(fā)相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害。近年來，國家礦業(yè)局和各地政府以露天礦的開采范圍、開采標(biāo)高和儲量動用為核心，不斷加大對管轄區(qū)域內(nèi)露天礦開采監(jiān)測力度。但是因為露天礦大多存在于偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便，環(huán)境惡劣，很多區(qū)域監(jiān)管人員難以到達(dá)，所以整體監(jiān)管工作難度極大，必須探尋更先進(jìn)的監(jiān)管方式，提高監(jiān)管效率。基于無人機攝影測量技術(shù)應(yīng)用于礦山開采監(jiān)測可以大大減輕監(jiān)測人員的工作量，提高工作效率，具有非常重要的現(xiàn)實意義[1]。

1 無人機攝影測量技術(shù)分析

無人機攝影測量系統(tǒng)包括機體本身、信號發(fā)射和回收裝置、電源系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。機體本身裝有微型攝像頭，電源系統(tǒng)可以為所以分析硬件提供電力能源支持。機體飛到監(jiān)測礦區(qū)時，通過飛行控制臺，攝像系統(tǒng)和信號發(fā)射系統(tǒng)開始工作，對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行信號覆蓋和回收。綜合來看，無人機本身所附帶的數(shù)碼攝像機和數(shù)碼照相機等數(shù)字遙感拍攝系統(tǒng)可以實現(xiàn)對露天礦區(qū)地理信息和實時情況的有效監(jiān)測[2]。

2 基于無人機攝影測量技術(shù)的礦山開采監(jiān)測技術(shù)

無人機數(shù)據(jù)獲取。現(xiàn)代無人機攝影測量技術(shù)可以獲取DLG、DEM、DOM三類數(shù)據(jù)影像，具體影像數(shù)據(jù)獲取流程如圖1所示。

無人機礦區(qū)攝影監(jiān)測方案。在測量以前必須提前對監(jiān)測礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行初步估算，從而根據(jù)拍攝比例尺和測區(qū)高程，確定無人機攝影測量航行高度。無人機攝影必須獲取到真彩色向分辨率小于0.06m的礦區(qū)實景圖案，在對礦區(qū)進(jìn)行低空測量時，必須保持航帶內(nèi)重疊率超過80%，航帶重疊間重疊率為60%以上。

圖1 影像數(shù)據(jù)獲取流程圖

像控點測量方案和空三加密。所謂像控點主要是在影像拍攝過程中需要工作人員反復(fù)查看的區(qū)域地表坐標(biāo)和對應(yīng)影像。對于像控點的選擇，必須采取明顯的地理位置點和野外地標(biāo)點相結(jié)合的方式進(jìn)行選取。像控點的具體測量方式可以利用HNCORS網(wǎng)絡(luò)和RTK測量技術(shù)，每個像控點需要測量五次以上，取其平均值作為像控點的最終目標(biāo)成果。空三加密是指利用現(xiàn)代光學(xué)原理和光束測距法在空中進(jìn)行區(qū)域三角測量。由無人機的外部影像數(shù)據(jù)提供控制結(jié)果，由內(nèi)部影像數(shù)據(jù)測算檢測測量點和平面坐標(biāo)值以及無人機高程值。

DEM和DOM制造。對數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行空三加密處理后，基于加密成果，得出密集匹配點，生成監(jiān)測區(qū)三維密集點數(shù)據(jù)，并根據(jù)點數(shù)據(jù)進(jìn)一步生成監(jiān)測區(qū)的DEM圖像。根據(jù)露天礦區(qū)的外部方位點和DEM圖像，可以對每個圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析糾正和微分?jǐn)?shù)據(jù)管理，最終得到DOM數(shù)據(jù)。通過網(wǎng)絡(luò)軟件的鑲嵌、圖形輪廓剪裁、色彩清晰平衡處理、圖形整體修飾等步驟，生成項目區(qū)的DOM圖像。

3 礦山開采監(jiān)測技術(shù)主體應(yīng)用

①礦山開采范圍監(jiān)測。礦山開采范圍檢測的工作重點是監(jiān)測礦山整體范圍內(nèi)，有無越界開采的行為。根據(jù)無人機攝影數(shù)據(jù)生成的DOM影像圖，可以確定露天礦區(qū)的實際邊界，再與當(dāng)?shù)氐V業(yè)局記錄的采礦界線坐標(biāo)進(jìn)行對比，從而判斷是否存在越界開采行為。因為現(xiàn)代最先進(jìn)的無人機攝影技術(shù)對于平面線條測量誤差不超過1米，所以完全可以滿足開采范圍監(jiān)測要求。②礦區(qū)動用儲量監(jiān)測。根據(jù)無人機空中攝影測量得到的DEM數(shù)據(jù)信息，可以對露天礦區(qū)動用儲量情況進(jìn)行實際測量。在實際應(yīng)用中，需要借助ARCGIS數(shù)據(jù)分析軟件，利用內(nèi)置的數(shù)據(jù)規(guī)劃和區(qū)域統(tǒng)計工具，對平面差值內(nèi)的各項參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，得出礦區(qū)儲量數(shù)據(jù)。由于無人機獲取的DEM數(shù)據(jù)精度較高，點密度較大，完全可以真實反映礦區(qū)情況。

4 實驗驗證

為了實際測量基于無人機攝影技術(shù)的礦山開采監(jiān)測技術(shù)是否真實有效，對無人機空三加密精度和無人機攝影平面精度進(jìn)行實際測評，結(jié)果如表1和表2。

表1 加密點統(tǒng)計表

N3 0.255 0.55 0.78 N4 0.378 0.25 0.14 N5 0.78 0.40 0.19 N6 0.25 0.17 0.98

表2 無人機低空攝影測量平面精度表

經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)測算，本測量技術(shù)基本誤差在13厘米以內(nèi)，高程誤差在17厘米以內(nèi)，完全可以作為監(jiān)測手段使用。

5 結(jié)語

整套監(jiān)測技術(shù)需要經(jīng)歷無人機低空攝影、像控點選取、空三加密、數(shù)據(jù)繪圖、繪圖編輯等步驟，通過最終成型的DEM和DOM數(shù)據(jù)和圖形，實現(xiàn)對礦區(qū)開采范圍和礦區(qū)動用儲量的監(jiān)測。通過后期利用ARCGIS數(shù)據(jù)分析軟件和RTK技術(shù)可以重復(fù)檢驗測量數(shù)據(jù)的真實性，最大程度減小誤差，可以預(yù)見，該監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用將會越來越廣泛。

[1]張敏峽,范高林,范東林.基于無人機低空攝影測量技術(shù)的露天礦山開采監(jiān)測研究[J].世界有色金屬,2016,19(17):73-74.

[2]李永生,賴華榮,盧春盛,等.無人機攝影測量技術(shù)在礦產(chǎn)開采執(zhí)法監(jiān)察中的應(yīng)用[J].測繪通報,2017,25(s1):95-99.