基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪方式研究

李森 楊源

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，礦山資源在人們的生活中起到了關鍵性作用，越來越多的新技術被廣泛應用到礦山地質(zhì)精細測繪工作中，為了提升礦山開采的效率和準確性，因此，對無人機航拍測量技術在礦山精細測繪中的應用進行研究，無人機航拍技術可以有效測繪出礦山內(nèi)部結(jié)構，為數(shù)字礦山建設提供有力依據(jù)，保護礦山工作人員的安全，推動礦山環(huán)境整治，便于開采者研發(fā)開采。基于無人機航拍技術的引入，建立三維數(shù)據(jù)模型，再結(jié)合礦山地質(zhì)測繪區(qū)域選擇不同的測繪方式，實現(xiàn)基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪，本文對此進行研究。

關鍵詞：無人機航拍;礦山地質(zhì);精細測繪;測繪方式

有色金屬的大多數(shù)礦山地質(zhì)復雜，存在很多地質(zhì)區(qū)域塌陷、礦山地質(zhì)裂縫等危險地區(qū)，礦山開采的每一項工程中都要進行一定的規(guī)劃才能開始進山開采，整個開發(fā)過程包括測繪、勘查、建模、開采等，利用無人機航拍技術獲取具體的數(shù)據(jù)和圖像信息貫穿整個礦山開采流程中，保證礦山開采工程安全有效的進行。

一、無人機航拍技術在礦山地質(zhì)的應用

無人機系統(tǒng)主要由飛行平臺、相機云臺、飛行控制系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)和地面站系統(tǒng)五部分組成，機型輕便小巧，具有極強的勘測能力，而且勘測時間很短，因此在抗震救災、城市建設、能源勘測等方面起到了很大的作用。而將無人機航拍測量技術應用到礦山測繪中，可以有效地測繪出礦山內(nèi)部結(jié)構，為數(shù)字礦山建設提供有力依據(jù)，在保護礦山工作人員的安全的同時，推動礦山環(huán)境整治，便于開采者研發(fā)開采。無人機航拍測量技術指的是利用無人駕駛飛機，通過無人機搭載的高分辨率相機、通訊設備、GPS定位系統(tǒng)對國土資源、自然環(huán)境、地質(zhì)情況等資源快速有效獲取高分辨率相片的先進技術，該技術具有自動化、智能化、專業(yè)化的特點，具有機動、快速、經(jīng)濟等優(yōu)勢，因此成為未來航空遙感技術的發(fā)展方向，在多個領域都有所應用。高科技發(fā)展帶動無人機航拍技術的發(fā)展，目前我國數(shù)字航空測量技術發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，基于無人機平臺的數(shù)字航攝技術已顯示出其獨特的優(yōu)勢。無人機航拍測量技術在礦山測繪中也有重要的應用，既能夠為數(shù)字礦山建設提供依據(jù)，又能幫助整治礦山環(huán)境，有效保護、合理利用礦山資源。

二、基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪方式設計

1.引入無人機航拍技術

無人機是一種通過無線電遙控設備或者通過機載計算機進行操控的無人飛行器，這種飛行器的結(jié)構簡單而且使用的成本低，不但可以完成載人飛機執(zhí)行的任務，還可以用于載人飛機不能執(zhí)行的任務，因此，在礦山地質(zhì)精細測繪中，使用無人機航拍技術對應急突發(fā)事件和緊急事情的預警有很大的作用。無人機航拍技術是以無人駕駛的飛機作為空中拍攝的平臺，利用計算機對拍攝圖像信息進行處理，并按照一定的精度要求合成視頻圖像。無人機航拍技術的出現(xiàn)有效降低了礦山地質(zhì)測繪工作的勞動力，相比于傳統(tǒng)測繪方式采用的大型裝載設備進行礦山地質(zhì)測繪，本文引入的無人機技術操控起來更容易，而且傳統(tǒng)測繪方式中的大型飛機在工作前要提前向有關部門報備，等待審核通過后才可以使用，無人機技術的使用程序比較簡單，同時也會減少礦山地質(zhì)測繪的成本。

2.建立三維數(shù)據(jù)模型

為了更加精準的對礦山地質(zhì)進行測繪，基于無人機航拍技術的引入，采用三維數(shù)據(jù)模型來實現(xiàn)地質(zhì)測繪工作，三維數(shù)據(jù)模型具備三維空間數(shù)據(jù)處理能力，比如礦山測繪數(shù)據(jù)的獲取、操縱測繪數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的組織、分析和表現(xiàn)。三維數(shù)據(jù)模型實際上是將在三維數(shù)據(jù)模型建立范圍內(nèi)的地質(zhì)空間歸結(jié)為一個復合體，在礦山地質(zhì)測繪工作中，三維數(shù)據(jù)模型以巖層面為界將礦山地質(zhì)分割成不同性質(zhì)的巖層，便于礦山地質(zhì)精細的測繪。

3.確定測繪區(qū)域和航線

根據(jù)現(xiàn)有的無人機航拍技術標準，如今大部分無人機在航拍過程中的航行時間較短，一般情況下，都在30分鐘左右，考慮無人機航行時間較短這一問題，在礦山地質(zhì)精細測繪中要對無人機的航拍區(qū)域進行劃分，從而合理的去安排地質(zhì)測繪的時間、航線以及無人機飛行的架次，在測繪區(qū)域面積較大的情況下，通?？梢詫y繪區(qū)域劃分進行分階段測繪，無人機的航拍任務最好是在一次航行時間段內(nèi)完成，這樣就可以推斷出接下來時間段，從而有計劃的去推進無人機航拍工作，達到礦山地質(zhì)測繪的目的。

4.實現(xiàn)基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪

根據(jù)測繪區(qū)域和航線的確定，選擇合適的測繪區(qū)域和航線，基于無人機航拍技術的引入，建立三維數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪。其中，三維數(shù)據(jù)模型的建立可以實現(xiàn)基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪。基于無人機航拍技術的引入建立三維數(shù)據(jù)模型，依托測繪區(qū)域和航線的確定，實現(xiàn)基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪，完成本文設計的礦山地質(zhì)精細測繪方式。

三、 無人機航拍礦山地質(zhì)精細測繪驗證

為了驗證本文設計的基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪方式的可靠性，采用傳統(tǒng)測繪方式，以及基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪方式，制定礦山地質(zhì)測繪成果精度對比實驗。首先選擇同一座礦山，實驗開始前觀察礦山周圍環(huán)境是否穩(wěn)定，包括風向、風力等。為了能夠準確反映本次對比實驗的成果精度情況，引入礦山地質(zhì)測繪的平面絕對誤差作為本次實驗的對比指標。在礦山內(nèi)選擇十組地質(zhì)區(qū)域，分別采用全站儀、RTK打點檢查、鋼尺量邊等傳統(tǒng)測量方式，以及基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪方式，剔除粗差和航拍遮擋點后記錄實驗結(jié)果并計算平面中誤差和量邊中誤差。實驗結(jié)果證實采用航拍生產(chǎn)的三維數(shù)字地表模型精度符合規(guī)范要求，精度也顯著優(yōu)于傳統(tǒng)測繪方式。由此可見采用上述設計的無人機航拍礦山地質(zhì)精細測繪方式能夠有效完成地質(zhì)精細測繪工作。

四、實例驗證

為了驗證本文設計的基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪方式的可靠性，采用傳統(tǒng)測繪方式，以及基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪方式，制定礦山地質(zhì)測繪清晰度對比實驗。1.實驗方法及步驟為了保證本次實驗結(jié)果的明顯對比性，實驗過程中，礦山地質(zhì)測繪區(qū)域和航線的選擇要一致，實驗的具體操作步驟如下：①首先選擇一座礦山，實驗開始前觀察礦山周圍環(huán)境是否穩(wěn)定，包括風向、風力等。②為了提高本次對比實驗的精準度，引入礦山地質(zhì)測繪清晰度作為本次實驗的對比指標。③在礦山內(nèi)選擇十組地質(zhì)區(qū)域，分別采用傳統(tǒng)測繪方式，以及基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪方式，進行測繪清晰度對比實驗。④記錄實驗結(jié)果并繪制礦山地質(zhì)測繪清晰度曲線。2.實驗結(jié)論根據(jù)采用不同測繪方式得到的礦山地質(zhì)測繪清晰度曲線可知，兩種測繪方式對礦山地質(zhì)測繪有很大差別，本文設計的測繪方式對礦山地質(zhì)測繪清晰度高，平均清晰度為876.3，而傳統(tǒng)測繪方式對礦山地質(zhì)測繪清晰度明顯低于本文設計的測繪方式，因此可以得出本文設計的測繪方式可以完成礦山地質(zhì)精細測繪工作。

結(jié)束語

無人機航拍測繪技術應用到礦山測繪中，能夠有效測繪出礦山內(nèi)部結(jié)構，為數(shù)字礦山建設提供有力依據(jù)，所以，實現(xiàn)基于無人機航拍的礦山地質(zhì)精細測繪，從而實現(xiàn)本文的研究。實驗數(shù)據(jù)表明，本文設計的測繪方式比傳統(tǒng)測繪方式對礦山地質(zhì)測繪清晰度高。希望本文的研究能夠為礦山地質(zhì)精細測繪方式提供理論依據(jù)。

參考文獻

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