小型無人機航空攝影測量在露天礦山動態監測測量中的應用

阮華萱

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局二總隊，貴州 六盤水 553004）

通過對我國礦山的地理位置、地形、資源及其綜合利用管理情況和資源開采環境影響等信息進行實地地質勘查和地理測量，以準確獲取礦山相關資源數據基本信息和利用資源數據是我國礦山地理測繪的主要研究目的，其重要意義不僅在于全面準確掌握我國礦山利用資源的基本狀態信息、利用管理情況、開采質量影響、環境影響等，以此方式實現對大型礦山礦產資源的合理配置和生態環境保護。

1 無人機技術

無人機是用于搭載無人測量機在儀器的一種平臺，也就是需要滿足所有的搭載無人測量機在儀器的各種技術參數測量指標上的要求。主要技術體現在無人機的空間姿態定位控制與瞬時精確定位控制技術兩個方面，無人機空間姿態定位控制系統同時獲取了描述測量瞬時攝影無人機的機體航行橫偏角、俯仰角和飛機滾動旋轉角，其與同時描述焦點像片測量空間儀器姿態的攝像角度等元素之間，存在著相對應定位關系。

2 無人機攝影測量技術的項目意義

許多礦山的地理位置不佳，通常處于深溝險壑之中，且礦山分布較為零散，不成片。礦區環境惡劣，自然條件較差，使得對礦區的監測十分困難，采用傳統手段進行監測比較艱難，且監測的時間比較久，隨著不斷地開采使得對礦山儲量動態監測更加困難。為了適應新時期下礦山儲量動態監測要求，無人機攝影技術開始被使用。無人機輕巧靈動的特性能夠最大程度地突破地形限制，對礦山進行全方位拍攝測量，極大地降低了人力成本。

3 露天礦山小型無人機航測存在的問題

（1）儲能電池組的續航力和性能出現問題.由于小型無人機的機身體積及承重負載能力有限，難以同時攜帶多塊容量電池，且目前電池的續航使用性能一般，如鋰離子聚合物容量電池，只能維持在1h左右，對于占地面積在10km以上的大型工業礦山而言，難以實現一次安全且有覆蓋性的礦山航測管理工作。

（2）測量的精度控制出現問題。露天礦山進行測量期間，影響小型無人機獲取航測影像精度的因素相對較多，主要與相機獲取遙測影像的環境清晰度、傳感器的元件類型、監控點位的布置等因素有關。露天的采礦區由于開采工作區域的地理環境條件復雜多變，導致采礦控制點的管理布設，往往存在一定的難度，且受室外環境及采礦車輛的干擾，一定程度上，還會導致實時獲取的圖像及數據信息的處理精度不高，對于后期的采礦儲量管理計算及采礦生產設備調度等工作有不利影響。

（3）系統測量處理數據時的處理能力問題。目前，無人機專用航測處理平臺多樣，均需要配套的基礎專用航測軟件和基礎硬件處理系統，測量數據基礎專用數據和測量數據處理專用軟件的技術兼容性差，故在測量數據采集分析和處理過程中，需要同時進行測量數據的處理分類化和輸入，導致測量數據處理的前期數據準備和后期數據分析處理工作繁瑣，數據處理耗時長，專業性能的要求相對較高。

4 小型無人機露天航測的發展前景

（1）加強礦區資源勘查與治理規劃設計。小型無人機自動航測測量技術，不僅可對那些存在重大安全隱患的被測區域自動進行實時測量，而且技術測量效率高、成本低。搭載一臺單反相機的小型固定翼無人機，幾個架次就已經可以輕松完成整個礦區及其區域周邊的自然地形以及地貌生態特征的實時測繪[1]。

（2）負責礦山安全生產經營計劃編制與現場財務管理。小型無人機實景航測系統可實現露天礦山的全覆蓋三維實景建模，獲取整個露天礦區的物理地形全貌，及時監測更新礦區地形地貌，此技術是煤礦生產經營計劃編制和煤礦施工現場安全管理的重要技術理論基礎。可以及時準確地了解各個礦區的宏觀生產采場現狀，如礦區開采現場平臺的地理位置、范圍及占地空間變化關系等，掌握各礦區主要道路及地下排土場的占地空間分布變化關系等，亦可對礦山重點開發區域進行進一步的高標準精度現場航測，為進行礦山長期生產開采計劃編制與現場配礦設備合理布置設計提供堅實依據，保證礦山生產計劃與短期生產計劃得以良好地實施。

（3）加強礦山生產安全監管。小型無人機采用航測跟蹤技術，使得測量結果效率高、精度高、性價比高，且用戶無需多次接觸危險區域，就可以實時獲得高坡低陡邊坡邊路周邊和局部排土場周圍全域的地形地貌危險信息，遠程踏勘可以分析高坡低陡邊路山坡和周圍排土場的山體開裂與滑塌危險情況，而且所有技術測量結果數據的實時可視性非常好，為科學合理地進行研究危險對策與解決方案奠定堅實基礎。

（4）加強礦區生態環境監控與全封閉式礦坑保護管理。在我國礦山生產開發的整個生命周期，都可以廣泛應用到無人機自動航測監控技術，進行礦山露天作業及其基地周邊的礦山生態環境遙測監控，及時發現各種可能的礦山生態環境變化影響，從而有效制定生態環境保護政策措施和解決方案。

5 小型無人機攝影測量技術在礦山測量中的應用研究

（1）數據處理與質檢分析。無人機攝影測量技術在應用下，需要從數據信息處理以及畸變數據修正等方面，進行綜合控制，在實現數據信息處理過程中，則需要以數字加密的方式，對野外測定的高程點、平面點等方面審核以及加密處理，從而實現數據采集質量的進一步提升。在進行數據信息處理與控制，則利用平差計算的方式，對區域網平差方面進行計算與分析。完成空間加密下，則可以通過智能匹配的方式，生成三維點云文件，在信息濾波處理的前提下，則可以通過數據修正、色彩平衡處理、圖廓裁切等方面進行控制。無人機采用傾斜測量攝影機的測量礦區技術，在實際工業應用中，航天攝影機圖像中的細節比較清晰，具有一定的影像層次感，并沒有明顯模糊、重影、錯位等現象情況，其整個監測范圍幾乎可以完全覆蓋整個傾斜測量礦區，有效地反映礦山的長期實際生產開采工作情況。在對各個檢查點進行綜合布置與測量處理中，按照均勻測點分布、覆蓋整個主要測量地區的技術方式，對其進行重點篩選與綜合測量，在對傾斜平面與傾高程度的檢查點之間，進行綜合布設的技術基礎上，利用無人機針對傾斜面和攝影機的測量，使該技術的實際應用測量水平大幅提升。dom上的平面整體位置成像精度坐標檢查工作過程中，則可以采取野外成像實測的自動方式，將每個檢查點的平面整體位置精度坐標(xi，yi)數據輸入發送到計算機，并在每個dom上自動提取每個鏡像點的坐標點，針對平面位置中的誤差，進行計算與分析。在長期進行天體實測中的平面坐標與dom，地物位與特征點天體坐標等的檢驗與測量分析中，則需要針對測量誤差方面進行檢驗，在山地與高山地區區域按照1：1000位比例，其誤差需要控制在0.75m。

（2）測量精度不足的解決。由于內在技術上的準備以及外在自然環境地理條件各種因素的影響，測繪測量工作當中存在類似盲區的各種現象往往是難以避免的，盲區解決方式主要包括：①可以通過在線三角圖像加密以及在線校正法等技術，對測繪影像外的地形方位高度變量結果進行精確計算，并將圖像干擾大的因素及時提出，有效地預測存在盲區，對根據地形高度不加調整區域的導航測量的結果，進行科學性的改善。②負責外業地圖調繪及現場補測。對初步測繪標記結果顯示中的特定高程以及特定地物等不確定性的區域地點，進行初步測繪標記，或者針對復雜區域進行標記，尤其是存在建筑物和植被遮擋的區域，必須要做好標記工作，對其中存在的不足有效彌補，保證測繪精確度[2]。

（3）地面控制測量。地面攝影控制儀的測量，主要還是依賴于無人像片攝影控制進行測量，是一種提高利用無人機高空傾斜實地攝影控制測量工作精度的有效檢測措施。在圖像監控控制點的測量過程中，最重要的一環是進行圖像監控控制點的合理布置，如果布置不合理，將極大地降低數字圖像控制數據的傳輸質量。因此，為了大大提高使用無人機地形傾斜影像攝影高度測量儀的工作效率以及在對影像進行數據處理后的質量，一般在地形高度變動幅度小的變質區域(例如平原地區等)中就可適當地降低遙控監測點的布設測量密度，而在一些地形高度變化幅度較大的區域(例如高山地區峽谷變質地貌)中則可適當性地增大監控點的布設測量密度。總體上，監控地點的整體布設過程，應特別注意以下幾點：①進行監控的地點一般主要布設在容易識別的山形地物上和地貌上，即所有要布設的攝影和控制地點必須完全是唯一的，不能存在任何爭議，一般只能布設在自然地形條件變化較小的地方，諸如山頭、田角等部位；②位于測繪區域范圍以外的控點的目的，在于控制測量整個測繪區域；對于一個位于半條圖幅邊緣中部的圖框控線基點一般不應布設在偏離圖框邊部輪廓的航線以外；③針對位于圖框航線兩側的控點，一般不應布設在左右，并且偏離航線半徑不應小于半條圖框基線長度的基點范圍內。

6 結語

綜上所述，隨著無人機攝影測量技術的不斷優化，在各個領域中起到了良好的應用效果。在露天礦山測繪與監測中，應用無人機攝影測量技術，具備了傳統技術所無法比擬的優勢，極大地提升了露天礦山測繪及監測工作效率。在接下來的時間里，隨著高新技術的不斷發展，無人機攝影測量技術功能將會更加完善，進而實現在露天礦山施工及其他更多領域的廣泛有效應用，實現在露天礦山全生命周期中的應用，滿足礦山監測及施工等要求。