無人機航測技術在礦山工程測量中的應用

李維松

摘 要：現代科學技術的發展，極大地推動了社會經濟的不斷進步，同時改變了很多領域工作與生產的方式，以往需要耗費大量人力物力的目標通過現代的科學技術手段很輕松就可以實現，在當今社會中科學技術正在轉化為巨大的生產力造福人類社會。礦山的工程測量屬于傳統的測量領域，在以往的工程測量中受到的限制是比較多的，同時效率也比較低下，但是現代無人機技術的出現，在很大程度上改變了礦山工程測量的現狀，借助現代的無人機技術可以輕松實現多種地貌的工程測量，測量的成本也相對較低，因此在目前的礦山工程測量中得到了較為廣泛的運用。

關鍵詞：無人機航測技術;礦山;工程測量;應用

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0079-02

0 引言

現代社會發展的重要推動力就是科技，現代國家之間的競爭實際上就是科技的競爭，現代諸多領域的發展也需要科技來推動，近些年來，我國的科技水平有了一個比較大的進步，以往停留在理論階段的科技成果已經轉化為現實的生產力，同時過去一些價格比較高的科技產品也因為科技產業的不斷進步，價格降低了很多，從而得到了廣泛的應用，無人機就是其中比較具有代表性的科技產品，一經推出，就受到了各個領域的關注，利用無人機可以便捷地高清航拍，高效率的農業種植，以及低成本高精度的工程測量。可以毫不夸張的說，無人機技術極大地推動了諸多領域的發展，而且隨著無人機的廣泛應用相關的技術也更加的成熟，在工程測量領域正在發揮著越來越重要的作用，因此本文對無人機航拍技術在礦山工程測量中的運用作出分析，希望能促進無人機技術在工程測量領域的進一步運用。

1 無人機航航測概述

1.1技術原理

一般來說，無人機分為固定翼無人機和多旋翼無人機，在工程測量中一般選擇多旋翼無人機，因為多旋翼無人機可以實現更為靈活的飛行姿態調整，最重要的一點是可以實現長時間的懸停，這一點對于工程測量十分的重要，因為工程測量需要無人機能夠保持在固定的位置才能實現對測量目標的精準測量，在工程測量中無人機需要搭載GNSS導航模塊和IMU模塊，可以有效提高測量的精度與測量的效率。在工程測量中主要是利用無人機搭載的高清相機對測量目標進行拍攝，然后再利用配套的軟件對拍攝的照片進行分析，從而得出相對準確的測量數據，可以實現較高的測量效率與較低的測量成本。

1.2技術優勢

礦山測量的環境因素一般都比較復雜，因此在測量的過程中很可能發生一些突發的事件，針對這種情況一般的解決方案是利用燃油飛機進行航拍測量，但是這種解決方案也存在對著很大的弊端，首先有人操作的航拍飛機出動一次就需要耗費大量的資金，而且又由于飛機本身的限制，航拍飛機不能做到超近距離的勘測，另外航拍飛機受到的影響因素也比較多，尤其是對天氣因素的要求比較高，一旦天氣不符合條件就不能起飛測量，而且測量時也存在著一定的安全風險。而無人機航測卻可以在很大程度上解決航拍飛機的弊端，首先隨著無人機產業的發展，無人機的價格已經越來越低，因此經濟成本較低，在進行測量作業時所消耗的電力成本幾乎可以忽略不計，其次無人機體型較小，因此可以滿足對不同環境類型的精確測量，可以實現超近距離的測量，最后一點是現代的無人機技術已經相對成熟，可以在各種復雜的條件下進行測量，而且在測量時即使發生意外也不會引發安全事故。無人機工程測量在初期的發展階段，其測量的精度是不如傳統測量方法的，但是隨著技術的發展，目前在測量的精度上已經有了很大的提高，尤其是在搭載了高性能相機之后，其測量的精度已經完成能夠滿足工程測量的要求。

1.3系統組成

在無人機系統中最核心的組件就是無人機的飛控平臺，飛控平臺包括兩個部分：一部分是無人機內置的飛控芯片，負責保證無人機飛行姿態的穩定性;另一部分是遙控設備，操作人員通過遙控設備對人機進行操控。在無人機進行測量時，起到關鍵作用的是無人機所搭載的相機，無人機測量的精度在很大程度上取決于所搭載相機的質量，一般鏡頭畸變比較大的相機，測量的精度也不好控制，無人機所拍攝的照片可以存儲在無人機的內部，也可以實時傳輸給地面的接收設備，無人機所拍攝的照片不能直接轉化為測量的數據，需要專門的軟件對無人機拍攝的照片進行分析，才能得出最終的測量數據。另外根據不同的測量任務，無人機也可以搭載不同的傳感器，隨著無人機技術的不斷成熟，現代的無人機，已經可以實現較大的載重，飛行的時間也有保證，在電力不足的時候無人機可以自動返航。

2 具體應用策略

無人機技術具有十分明顯的應用優勢，因此在目前諸多的領域中得到了廣泛的應用，在礦山測量中可以起到十分重要的作用，工程測量是對礦山進行開發的前提，只有保證測量工作的效率和水平才能保證對礦山高效的開發。

2.1做好準備工作

與平原地帶相比，礦山測量的環境較為復雜，天氣多變，大霧、大風天氣會影響無人機航測穩定性，同時山地、溝壑、樹木也會影響無人機航測感光度，進而影響測量數據的準確性。因此，為保證礦山測量數據更具有應用價值，測量團隊在無人機航測之前就一定要做好各項準備工作。首先就要提前勘察礦山環境，了解礦山地帶早中晚天氣變化規律，盡可能選擇選擇晴天和陰天進行航測，以及有良好感光度和清晰度的時間航測，這樣才能保證航測數據分析的準確度。其次做好航攝相機校檢工作，無人機航測之前有專業人員對航攝相機進行校檢，保證相機各功能運行正常，能夠在正式航測時拍攝到有價值的圖片信息[1]。

2.2設計航線

為了保證高效地對目標進行測量，在利用無人機進行測量之前，需要提前規劃好測量的路線。因此需要測量人員提前對測量的區域進行了解，基于測量工作的目標要求，以及區域環境的特點來安排無人機測量的航線，并建立起一個準確的航圖，在航圖中要標出測量的距離、方向等關鍵的信息，從而保證無人機能夠高效準確地進行測量工作。

2.3地面控制

地面控制在業內普遍被稱為業內布點，布點的目的在于保證測量工作能夠覆蓋需要測量的區域，在航測前需要根據測量的相關要求，以及實際的地貌進行布點，相關的工作人員在對無人機進行操作時，需要根據實際的情況對測量工作進行調整，避免在測量時出現死角。通常情況下，無人機航測會按照區域網四角布設平高控制點，并結合航線布設4條～6條基線，而檢查點則均勻布設在礦山測區范圍內，同時在航攝區域重疊部分也要布設相應的相控點。

2.4無人機攝影和正射影像圖制作

在準備工作、航線規劃和相控點布設完成后，可以開展無人機攝影工作，期間通過遙控技術和定位技術控制無人機在像控點位置反復拍攝礦山影像，技術人員要依據每次傳回的影像適當調整航攝相機各項參數，直到獲得理想清晰度的影像。在無人機拍攝完成后，利用計算機軟件制作正射影像圖，進一步分析航測圖像。

2.5相控測量與影像迅速拼接

與傳統航測不同的是，無人機測量往往可以得到更多的影像資料，但是影像的畫幅普遍都不大，因此無人機航測在很大程度上屬于應急測量，由于畫幅小，所拍攝的照片并不適合直接打印，因此需要后期對照片進行拼接，才可以得到完整的區域圖像，這就需要在航測時均勻布置飛行時的測量點，并保證所拍攝的照片，色彩基本保持一致，工作人員需要對無人機所拍攝的照片進行檢查，一旦發現色彩差異比較大的照片需要及時進行補拍，便于系統迅速對影像進行拼接[2]。

2.6空中三角測量

空中三角測量是連續選取具有一定重疊的航攝相片，依據野外控制點建立區域網模型，以獲取加密點平面坐標和高程。一般來講，空中三角測量方法有三種，分別是航帶法、光束法和獨立模型法。航帶法是將一條航線上的航攝相片按順序放置在投影器內，并相對建立單個立體模型，借助于相鄰模型之間的重疊部分，構建比例尺統一的航帶立體模型，以此完善航線網模型;光束法是選擇一定數量的航攝相片，借助相片和野外控制點之間的聯系，將各相片的光束連成一個區域進行整體平差，并解算出加密點的坐標，前提條件是所選航攝相片中投影中心點、像點和相應的地面點三點共線;獨立模型法是將航攝相片視為單獨模型，對單獨模型進行整體平差運算。綜合來看，光束法在理論計算中是最嚴密的，計算出的加密點精確度也最高[3]。

在實際測量中還會選擇POS輔助空中三角測量，POS包括GPS信號接收機和慣性測量裝置兩部分，POS可以直接獲得測圖所需的每張像片的6個外方位元素，能夠大大減少乃至無需地面控制直接進行航空影像的空間地理定位。而后利用無人機處理軟件計算空中三角測量，為提高數據處理的便捷性，在建立東西航線后就可以利用POS數據自主建立自動化航帶，增加部分連接點。值得注意的是，為保證航線與模型之間的關聯度，在加點時應保證其與影像邊緣間隔一定距離，以免邊緣出現較大變形。

2.7 在數字礦山測繪中的應用

與手工測繪技術相比，信息化、數字化測繪技術在水土勘查中實用性更強，無人機航測礦山測量中同樣采用現代測繪技術構建礦山數字化模型，以便為礦山資源后期開發與利用提供重要參考。為此，在無人機航測礦山實踐中，除科學布設像控點外，還可以將影像信息導入ContextCapture等立體測圖軟件，自行匹配影像圖片，逐步完善礦山三維立體模型。同時利用業內繪制軟件設定坐標和邊線，有機融合數字畫像圖等數據，完成DOM、DEM數據處理，利用正攝影優化影像圖，同時調整亮度與色調，獲得清晰的影像。

3 結語

總之，無人機航測技術相比于傳統的工程測量技術具有諸多的優點，可以以較小的成本實現高效率、高精度的礦山測繪，因此需要將無人機航測重視起來，并在使用中不斷完善無人機航測技術，進一步提高數據的準確性，為礦山的開發提供重要的數據支持。

參考文獻

[1] 任連生.無人機航測技術在工程測量中的應用[J].居舍，2019（31）：57.

[2] 高磊.無人機航測技術在工程測量中的應用[J].工程技術研究，2019（19）：56-57.

[3] 朱萍.無人機航測技術在礦山工程測量中的應用[J].世界有色金屬，2019（4）：241-242.