無人機測量與RTK 技術在煤礦地形測量中的聯(lián)合應用

藺哲淵

（西山煤電集團設計院（有限公司）， 山西 太原 030053）

引言

對于煤礦地形測量而言，由于某些礦區(qū)所處環(huán)境相對惡劣，存在有較多的陡坡、斜坡以及火區(qū)環(huán)境，導致作業(yè)人員無法到達現(xiàn)場完成測量任務。所謂煤礦地形測量指的是依據(jù)礦區(qū)所在地的地理位置、地貌形態(tài)等實際情況，結合礦區(qū)未來的發(fā)展規(guī)劃，通過精密儀器和先進的測量方法對礦區(qū)的地形的坐標進行測量[1]。其中，基于RTK 技術對控制點進行測繪并施工；基于無人機測量獲取煤礦的地形。本文主要研究無人機測量與RTK 技術在煤礦地形測量中的聯(lián)合應用模式，

1 無人機測量及RTK 技術特點

1.1 RTK 技術特點

RTK 技術測量的原理為在基準站上安裝接收機對可見GPS 衛(wèi)星進行觀測，并將所觀測到的數(shù)據(jù)經(jīng)無線傳輸方式傳送至地面的觀測站。觀測站在接收GPS 衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時，還通過無線傳輸設備實時獲取基準站的觀測數(shù)據(jù)[2]。基于相對定位原理對GPS 衛(wèi)星和基準站觀測數(shù)據(jù)進行結算，得到待觀測物的三維坐標及對應的誤差。經(jīng)實踐表明，RTK 技術的測量誤差僅為1～2 cm。

1.2 無人機測量特點

無人機測量的原理為基于無人機平臺，基于遠程控制無人機平臺所攜帶的各類測量設備對待觀測的地形進行拍照，并將拍照所得相片采用某種算法進行處理，結合對應誤差得到帶觀測地形的圖像。

目前，無人機平臺上所裝備的設備有：數(shù)碼相機、光學相機、掃描儀以及磁測儀等。

1.3 RTK 技術+無人機測量的特點

將無人機測量和RTK 技術聯(lián)合應用，對煤礦地形進行測量。此種聯(lián)合測量方法的特點如下：

1）無人機+RTK 聯(lián)合測量技術具有較高的效率。無人機+RTk 聯(lián)合測量技術能夠在短時間能完成測繪任務。與傳統(tǒng)人工測量相比，基于無人機+RTK 測量技術每天可完成的測繪面積可達幾十萬平方千米。

2）無人機+RTK 聯(lián)合測量技術具有較強的建模能力?；跓o人機+RTK 聯(lián)合測量技術能夠依靠其所裝備的高精度、高分辨率的設備獲取精度較高的地表信息，并基于獲取的信息完成對地形的三維觀景模型、三維正射影像圖等可視化數(shù)據(jù)[3]。

3）無人機+RTK 聯(lián)合測量技術的應用范圍廣。無人機+RTK 聯(lián)合測量技術綜合了兩項測量技術的優(yōu)勢，不僅能充分發(fā)揮各自的獨特作用，還可與衛(wèi)星遙感、地面監(jiān)測以及航空測繪等手段聯(lián)合應用于其他場合。

2 無人機+RTK 聯(lián)合測量技術的施工應用

2.1 無人機+RTK 聯(lián)合測量技術的施工流程

基于無人機+RTK 聯(lián)合測量技術對煤礦地形測量的工藝流程為：

1）基于RTK 測量技術完成控制點交樁、復核加密等工作；

2）基于RTK 測量技術完成對待測量地形邊界線的確定及待測量地形分段階段放樣的工作任務；3）基于無人機測量技術獲取待測繪的地形數(shù)據(jù)；4）基于RTK 測量技術對煤礦土方整形施工進行測量；

5）基于RTK+無人機聯(lián)合測量技術對礦區(qū)挖方量后竣工地形進行測量[4]。

2.2 無人機+RTK 聯(lián)合測量技術的具體應用

本節(jié)將主要根據(jù)施工流程對各個步驟中的要點進行研究。

2.2.1 監(jiān)測控制點的選擇

煤礦占地面積很大，要求對地形監(jiān)測的控制點必須均勻分布于待監(jiān)測煤礦地形中。控制點包括平面坐標控制點和高程控制點。其中，平面坐標控制點通過GPS 進行預設，高程控制點通過水準儀進行確定。為得到較為精確的測量結果，一個煤礦測量任務中要求平面坐標控制點不小于3 個，高程坐標控制點不少于2 個。

2.2.2 工程邊界線的確定

基于當前的施工圖紙確定工程邊界線及分段界線的數(shù)據(jù)，然后通過計算機將上述數(shù)據(jù)輸入GPS 手簿中，最后采用GPS 測量設備根據(jù)工程邊界線的特點對觀測站的控制點進行標記。

2.2.3 煤礦地形數(shù)據(jù)的采集

煤礦地形所采集到的數(shù)據(jù)絕大部分用于對煤礦及其周邊環(huán)境的治理。一般地，首次煤礦地形的測量就可算入環(huán)境治理的工作量中[5]。煤礦原始地形數(shù)據(jù)的采集是依靠無人機測量實現(xiàn)的。

基于無人機所采集到煤礦地形的數(shù)據(jù)類型包括有DSM（數(shù)字表明模型）、DEM（數(shù)字高程模型）。采用無人機測量時需根據(jù)現(xiàn)場實際情況對其所裝備設備的分辨率、傾斜角、重疊率航向等進行設置。一般的，無人機飛行一次可獲取上千幅影像，數(shù)據(jù)量極大。為了提升對所采集到數(shù)據(jù)的處理速度，無人機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用改化法方程組和分塊解算的方式對數(shù)據(jù)進行求解。

2.2.4 土方整形施工的測量

對于煤礦治理工作而言，土方整形施工為整個治理工作的核心。因此，需對土方量進行精確計算。土方整形所需土方量需基于RTK 測量技術精確獲得。

土方整形施工的測量任務需經(jīng)歷火區(qū)施工、平臺施工、變坡施工等流程。每次施工前均需采用GPS測量設備進行測量放線、數(shù)據(jù)采集等工作，將所采集到的數(shù)據(jù)通過RTK 技術進行處理，從而得到較為精確的工程量。

2.2.5 土方整形竣工后的測量

煤礦治理完成后，為驗證其治理效果需對其土方整形竣工后的情況進行測量，此過程是通過RTK+無人機聯(lián)合測量技術所實現(xiàn)的。其中，基于RTK 測量技術繪制出煤礦治理后的竣工圖；基于無人機測量技術航測獲得治理后的竣工圖像。不同的是，RTK測量主要是針對某個小區(qū)域進行測量，無人機測量技術是對整個煤礦的治理情況進行整體把握。

3 結語

要確保能夠精確獲取煤礦特殊復雜地形的原始數(shù)據(jù)，僅采用RTK 測量技術在遠距離時信號不穩(wěn)定使得所獲取的數(shù)據(jù)誤差較大。此時，可通過無人機航繪對該煤礦特殊區(qū)域的地形數(shù)據(jù)進行采集，但是當單純采用無人機航繪對煤礦地形原始數(shù)據(jù)進行采集時，由于地面存在冒煙區(qū)域或者機械設備停放的活動區(qū)域，對數(shù)據(jù)的采集造成極大的阻礙，因此可采用無人機+RTK 測量技術提升所采集到數(shù)據(jù)的精確性。

煤礦及其周邊環(huán)境的治理效果在一定程度上由所獲取的煤礦地形的原始數(shù)據(jù)所決定。在今后煤礦治理任務中可采用無人機+RTK 聯(lián)合測量技術采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并通過相關計算軟件確定出最終的施工方案，為提升煤礦治理工作的有效性奠定基礎。