無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監測中的應用

伊本良

（象山縣土地勘測有限公司，浙江 寧波 315000）

礦物能源作為我國的基礎能源，其消耗量一直處于常用消耗能源的首位。隨著能源消耗的加劇，對于礦產消耗的控制方式需要進行相應的提升。因此，礦產資源儲量管理成為資源開發利用的重要監管環節。在計算機管理技術未普及使用前，礦產管理部門依靠繪制圖形、數據計算和生產資料管理的方法對礦山的儲量進行監測分析[1]。隨著信息技術的不斷提升與普及，目前多采用攝影測量技術完成儲量監測。在攝影技術的使用中，大致可分為3個階段。首先是以儀器為中心的模擬攝影測量；其次是解析攝影測量代替模擬攝影測量；最后，采用全數字攝影測量。采用計算機技術控制的攝影測量技術以現今的計算機技術作為依靠，獲取礦山的點云數據。通過多年的嘗試發展，此技術還存在相應的弊端，例如數據處理較為復雜、運算過程耗時較長等等問題。

近年來，無人機技術得到迅速的發展，將無人機與攝影測量技術相結合是優化原有測量技術的重要途徑。因此，在此次設計中展開無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監測中的應用研究，希望通過此方式，簡化礦山儲量監測的難度，提升礦山儲量管理能力。

1 無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監測中的應用

針對目前對于礦山儲量監測方法其使用要求的提升，在此次設計中將無人機航空攝影測量技術融入到礦山儲量監測之中，具體應用融合過程如圖1所示。

根據上述設定的流程，完成基于無人機航空攝影測量技術的礦山儲量監測方法設計過程。在此次方法設計中，將主要對無人機的使用進行設計，將無人機影像融入礦山容量監測中，并將監測過程設定為動態模式，提高監測方法的使用效果。

1.1 構建無人機航空攝影控制體系

為保證無人機設計測量技術可應用于礦山儲量監測中，首先構建無人機航空攝影控制體系。無人飛機作為此技術的應用主體，其飛行控制是此技術使用的基礎，無人機航空攝影控制體系由地面遙控和機載自主控制兩大部分組成[3]。

無人機的升空過程由地面工作人員進行控制，當無人機到達預定高度后的定點，由無人機自主控制平臺進行控制。且在攝影測量的過程中，兩種控制方式可隨意切換。由于礦山面積較大，為保證無人機控制的有效性，在此次設計中對飛機機載自主控制部分展開設計，其中包含飛機狀態感知傳感器、數據處理計算機以及無線電遙控收發裝置組成，其主要作用是實施對無人飛行器的有效操縱，將測量中的飛機控制設定為人工控制、程序控制和自主飛行三種模態。

上部分為無人機飛行控制設定，根據上部分設計無線電遙測模塊，通過此模塊可傳送無人機和攝影設備的狀態參數，實現對無人機航向、方位、距離及機上電源的測量和實時顯示，具有數據處理與圖像顯示的功能。此部分設計可使監測工作人員掌握無人機和攝影設備的有關信息，完成信息的傳輸與發送，以便于信息的調用與處理。

通過上述部分完成無人機航空攝影控制體系的構建，無線電遙控部分用于傳輸地面操縱人員的指令，地面遙控部分用于實現數據的收發，通過此兩部分保證無人機的正常使用。

1.2 礦山監測點設定

無人機航空攝影測量技術與目前常用的測量技術三維測量技術最大的不同之處體現在人工測試點的使用上，為將無人機航空攝影測量技術進行全面性的應用，在礦山數據測量前設定人工標志，采用此標志作為無人機的控制點以及待測點，通過待測點保證測量的精度要求。

在此次研究中，測量對象為礦山儲能情況，為了準確地測量出準備航測區域的坐標值信息，就要采用人工布點的形式設定測量標記點。在標記點設計的過程中，采用色塊的形式體現。將一個正方形分成四份，選取任意對邊的兩份為黑色，另外兩份為白色。通過此方式設定測量點，考慮到礦山地表的不穩定性，在實際操作中，不能將人工標記點隨意放置于地面，而是采用設立規則的鋼筋水泥柱的方式完成此設定，通過此方式確保測試點的穩定狀態不會對測量造成干擾。

1.3 礦山儲量動態監測

根據上述設定部分，實現礦山儲量動態監測。動態監測的主要基礎是通過無人機與監測平臺有效連接完成的，根據礦山儲量的監測目標，規劃以及確定平臺中各個模塊組成部分，并說明各功能在整個監測平臺中的作用以及各功能之間相互關系。

資源儲量動態監測平臺的設計，是根據需求分析的結果，為不同的礦山選定不同的監測方式，而后通過攝影測量得到礦山儲量報表。此報表由無人機采集到的基礎數據動態生成，分成舊標準報表與新標準套改報表兩種形式。舊標準報表完全兼容儲能系統報表格式，新報表將原有的報表按照地域形式劃分。報表分為直接打印預覽輸出和其它格式輸出兩種。直接打印預覽輸出格式的報表數據不可更改，其它格式輸出包括Excel格式、Word格式、PDF格式等方便用戶編輯修改。在動態監測的過程中儲量計算與圖形數據的可視化結合管理，以此保證監測結果的精準度。

2 實驗分析

2.1 實驗準備

為了證實無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監測中應用的可信性與科學性，在此次研究中通過對比測試的方式，對無人機航空攝影測量技術的應用情況進行分析。

在此次對比實驗中，設定礦山A作為實驗的對象。采用應用無人機航空攝影技術的監測方法與未使用無人機航空攝影技術的監測方法對此礦山進行監測。對比兩種監測方法對于礦山儲量的計算運行時間。為有效控制實驗中的變量，對實驗平臺進行設定，將其劃分為硬件與軟件兩部分，具體參數如下。

硬件環境：硬盤1T；固態硬盤顯卡2G；支持CUDA 1分辨率1366＊768；顯示器：21.5寸；

軟 件 環 境 ：CPU：i5 4590 3.3G；內 存 ：2＊4GB；DDR3 1600。

采用上述參數，組成實驗平臺，完成實驗過程中的數據運算以及對比過程。在此次實驗中，共進行2輪實驗周期，每個實驗周期對礦山儲量進行10次計算，對比無人機技術使用前與使用后的差異。

2.2 實驗結果分析

表1 運算時間實驗結果對比

由上述實驗結果可看出，使用無人機航空攝影測量技術后，礦山儲量計算時間明顯下降，且計算耗時較為穩定。未使用無人機航空攝影測量技術的監測方法，雖然計算速度耗時也較短，但時間波動較大，平均分布在20秒～24秒之間。通過文獻研究可知，計算耗時的長短直接影響計算結果的真實性與可靠性，且計算時長波動性較大對于礦山儲量監測會造成部分影響。由此可判定，使用無人機航空攝影測量技術的礦山儲量監測方法相較于未使用無人機航空攝影測量技術的礦山儲量監測方法對于礦山儲量的計算能力更強，在日常使用的過程中更為有效。

3 結語

基于無人機影像數據像幅小、姿態不穩定、數據量大的特點對礦山儲量監測數字攝影測量軟件提出了新的要求。因此，研發穩健的攝影控制平臺成為無人機攝影測量的研究重點。為了進一步提高無人機攝影測量的效率，4k以上像素相機的研發和應用。同時，設定高精度、高集成的控制設備，實現在稀少或無地面控制條件下的無人機拍攝，并為日后礦山儲量監測的研究提供更加便捷的監測方式。