礦山儲量動態監測中無人機攝影測量技術的應用研究

蘆 斌

（華北地質勘查局五一四地質大隊，河北 承德 067000）

礦山儲量動態監測的專業性極強，難度極大，因為大部分礦山位于地形復雜，環境惡劣的偏遠地區，這種地理條件往往會給監測工作帶來很大困難。以往礦山儲量的動態監測工作都是一項龐大的工程，需要消耗大量時間，難以取得預期的監測效果。隨著科學技術的發展與應用，工作人員可以借助無人機對礦區進行大規模的測量。相較于傳統的測量模式，無人機攝影測量一般在空中進行作業，復雜地形對測量工作的影響較小，實際的監測難度較小。與此同時，無人機機載平臺將高分辨率的數碼相機，通過這些攝像頭，該調查區域的圖像信息可以快速、準確地獲得，并根據相應的數據處理平臺，可以有效地減少對礦區的破壞。此外，依靠無人機攝影測量技術，礦山儲量動態監測工作消耗的人力、物力資源較少。一旦天氣條件允許，測量人員就可以在采空區通過無人機攝影設備進行測量，就可以在大范圍的礦區實現快速測量，資源投資少，經濟效益突出。因此，無人機攝影測量技術良好的應用在礦山儲量動態監測中為監測工作帶來了極大的便利，有利于促進監測工作的發展[1-3]。

1 礦山儲量動態監測與無人機攝影測量技術的基本概念

1.1 礦山儲量動態監測

礦山儲量動態監測是指礦山企業選擇合格的地質調查機構開展地質調查，在這個過程當中，礦山儲量動態監測需要在國土資源管理部門的統一領導下嚴格依照國家法律、法規的要求來進行以強化監督和管理整個的礦產資源開發過程。我國進入21世紀之后，礦產資源短缺的現象變得越來越嚴重，這對礦山資源的合理開發利用提出了挑戰。采礦產業在中國仍然具有破壞性，資源浪費嚴重。礦山儲量的動態監測的工作需要堅持以人為本的原則，堅定地建立和全面落實科學發展觀，實現全國礦產儲量管理會議的精神，加強對礦業企業礦產資源的監督和管理力度，從而促進礦山企業的發展。為了保證經濟和社會的可持續發展，提高礦產資源的利用率，對礦山中的礦產資源和儲量進行動態監測與管理十分必要，第一，開展礦山儲量動態監測工作來對礦山中的礦產資源和儲量進行動態監測，有利于加強礦產管理的行政職能；第二，開展礦山儲量動態監測工作可以實現礦產資源收集和存儲之間的聯系，這有利于通過礦產資源的收集和支付費用來維護礦產資源的國家所有權；第三，開展礦山儲量動態監測工作有利于資源開發和利用的監督管理，從而引導礦山企業合理利用資源，保護我國的生態環境。

1.2 無人機攝影測量技術

隨著我國信息技術的飛速發展，無人機作為一種新型的飛行裝備，被廣泛應用于各個領域。在現代化發展的進程中，無人機的應用范圍逐漸擴大，其用途也逐漸增加。科研人員在具體應用中不斷完善其功能，無人機在工程建設、采油、消防等領域得到了廣泛的應用。無人機具有操作靈活、方便、智能化等優點，通過使用無人機攝影測量技術，可以獲得準確的航測數據，可以實現測繪獲取數據以及分析數據的目標。無人機通常配備廣角攝像頭，用于捕捉周圍環境的圖像。廣角相機可以全方位旋轉，特別是在低空飛行時，相機的分辨率非常高，寬闊的視野可以保證測量工作的整體質量。無人機的操作非常簡單，所有的動作都是通過遙控控制的。隨著科技的飛速發展，無人機也已經實現了一鍵式起飛、返航、降落等功能。近年來，無人機技術已逐步向智能化方向發展。人工智能技術與無人機的結合，真正實現了無人機作業的智能化，無人機具備了智能跟隨、環境感知、避障、視覺跟蹤等功能，大大提高了無人機的應用價值。無人機作為一種現代化的飛行裝備，需要由專業人員、遠程操作和相關程序良好的配合，從而確保航空攝影的目的可以實現。為了保證無人機攝影測量技術得到更好的應用，各行各業都在研究無人機攝影測量技術的應用要點。在目前。無人機攝影測量技術主要有三種，分別是綜合測量法、全方位測量法和劃分測量法。其中，綜合測量法適用于大面積土地調查，全方位測量法更適用于山區，劃分測量法在丘陵地區廣泛應用。因此，相關人員可以根據礦區的地形特點來選擇無人機攝影測量技術，從而保證測量結果的準確性[4]。

2 礦山儲量動態監測中無人機攝影測量技術應用的可行性

2.1 精度分析

對于傳統的礦山儲量動態測量方式來說，最大的問題就是其精度的確定。一般來說，真值是由傳統的測量模式確定的，偏差值是由傳統測量模式得到的結果減去無人機攝影測量得到的結果，相對誤差則是由偏差值處以真值得到的結果。舉個例子，借助無人機攝影測量技術對現有的礦場甲和乙進行可行性測量，另兩個礦區的相對誤差要小于10%。采取傳統測量模式的甲礦坑中存在校對堆積的問題。然而乙礦中由于使用無人機攝影檢測技術，所得到的誤差在1%以下。由此可見，相較于傳統的測量模式，借助無人機攝影得出的測量結果更為準確。

2.2 效率統計

通常而言，工作人員要在無人機攝影測量技術的運用過程中布置5個像素點，使用分辨率較高的相機。由于相應的DOM和DEM的限制，無人機攝影測量技術拍攝200多張原始照片的時間為16個小時，而運用傳統的測量模式則需要42小時。因此，在礦山儲量動態監測中，無人機攝影測量所需要的時間遠遠小于傳統模式，檢測難度較小，檢測效率較高。

3 礦山儲量動態監測中無人機攝影測量技術的應用

3.1 獲取處理數據

首先，航拍方案。在無人機攝影測量數據采集過程中，利用了較差航線的航拍。在相機的幫助下，原始圖像保留在80%重疊的條帶中。不同飛行帶之間有60%的重疊，可以得到真實的彩色圖像，分辨率為0.06。其次，控制測量。測量過程中在相應測量區域的中間及周圍設置5個直徑為1m的控制地點以大大降低具體測量的難度。再次，空中三角測量應采用波束法，以實現空中三角測量。在此基礎上，利用野外工作對結果進行有效控制，再通過野外工作進一步計算方向點的高程值和平面坐標。最后生成DEM和DOM。人們用三維加密的方法形成一個三維的點云文件，再結合點云文件形成攝區位（測區）為1:1000的DEM，此后再借助外部方位元素與DEM微分糾正相關的數字，進而得到DOM。

3.2 無人機數據礦山動用儲量監測

一方面，無人機攝影測量技術用于測定礦井底部。在對礦井底部進行開采之前，礦坑的原始狀態為一種自然地貌，類似于一些相似的平面。在計算時需要假設兩個礦坑的上面是礦坑邊緣測量的高程點的平均值。另一方面，無人機攝影測量技術用于坑底的確定。在無人機攝影測量技術的應用中，利用無人機攝影測量生成的DEM來確定礦物監測的下底面。此后再借助ArGIS Desktop進行儲量計算，以上底面減下底面。根據不同平面內的不同參數，進行相應的統計。

3.3 地質測量

在地質測量過程中，首先應采用資源評價方法，公式為Q=S×H，其中Q為資源儲量（m2）。S是坑面積（m2）。H為平均開采深度（m）。其次，確定資源儲量估算參數。利用1:100資源儲量對礦區的具體面積進行了估算。平均開采深度是指在不同測點的幫助下，采場頂部與底部之間的差值。

4 礦山儲量動態監測中無人機攝影測量技術的應用策略

4.1 注重礦山整體測量環境

礦山環境是影響礦山儲量動態監測的重要因素。在礦井儲量監測中，礦區的地理條件可能會發生動態變化，尤其是在礦產資源開采完后，區域的土壤結構的完整性受到了一定的影響。在這種情況下，礦山的地質條件發生變化之后，后續的監測工作就不能按照原有的計劃進行，必須要通過無人機攝影測量技術進行監測，一旦監測不及時就容易出現礦區塌陷等問題，十分不利于礦產資源的后續開采工作，極大地增加了后續工作的難度。因此，在測量過程中工作人員要嚴格檢查、分析測量區域的環境，決定測量環境保持在一個良好的小狀態下，在進行礦產資源的開采，從而有效保障礦山儲量動態監測工作的順利進行。

4.2 準確獲取監測數據

在確保監測環境良好的前提條件下，礦山儲量動態監測工作就可以利用無人機攝影測量技術進行數據采集。一方面，無人機攝影測量不僅可以獲得測量區域的地形數據，而且還能夠掌握該礦區的開采狀況。通過獲取的數據以及對相關數據進行計算后，相關人員就可以對后續開采情況進行預測分析，從而對可能發生的情況提前做好預案準備工作，減少很多的安全隱患。在實際測量過程中，無人機攝影測量圖像控制點的布置要注意平、高、平面點的設置，合理運用CORS技術或RTK技術，為后續的數據采集、導入與處理提供堅實的保障。

4.3 礦山儲量動態監測數據內業處理

航測數據處理作為無人機低空航測技術應用的重要組成部分，可以有效提高無人機低空航測數據的應用價值。在實際處理中，對于航空相機的應用，測繪人員利用GPS技術來捕捉曝光攝影瞬間設備的三維坐標，在參考無人機飛行姿態參數的基礎上借助計算機云系統處理、分析數據。處理數據的過程中矢量化自動映射軟件的應用能實現圖像的有效收斂，保證圖像顏色的高度統一。矢量化自動映射軟件生成的圖像可以進一步利用得到測量區域的地形圖。一般來說，無人機的飛行姿態會對一些攝影圖像有一定的影響，如果飛行姿勢存在問題，就很可能降低測繪工作的精度。因此，測繪人員還應該及時發現失真數據，對失真數據進行校正。一般情況下，圖像點的位移偏差可以通過正交校正法進行校正。

4.4 監測礦坑上、下底面

要想有效提升礦山儲量動態監測工作的成效就必須要做好礦坑上下地面的監測。對于礦坑上底面，盡量在保持其自然狀態、保持原有地貌條件的情況下進行動態監測，計算得出礦井邊緣高程點的平均值，進而確保礦井上底面的監測是實時性的；對于礦坑下底面，借助專業化的計算設備在DEM生成的基礎上計算儲量即頂部減底部。另外，在實際調查中，相關人員還需要開展礦山地質調查工作，對于資源儲量評價方法和資源儲量估算參數的確定進行分析和研究[5,6]。

5 結語

在礦山工程中，可以利用技術進行測繪工作，這有利于保證測量數據的可靠性和準確性。應用無人機攝影測量技術可以有效提高礦山儲量動態監測的效率和質量，極大減輕工作人員的工作負擔。因此，在對礦山儲量進行動態的監測過程中工作人員要合理運用無人機攝影測量技術以使其最佳效用得到最大化的發揮，結合所在地區地形地貌的特點，保護好礦井整體測量環境，從而在保證礦山儲量監測的數據更加真實可靠，避免國家的礦產資源出現浪費的情況，在保證礦山周圍環境安全的基礎上進行動態監測，為相關部門的礦產資源的開采提供技術上的支持，進而促進礦業的有序發展。