露天礦山無人機傾斜攝影測量技術應用策略探析

王槐仁

(寧化行洛坑鎢礦有限公司，福建 寧化 365400)

0 引言

作為國民經濟和社會發展支柱型產業之一，礦業起到基礎性的支撐作用。作為礦山開采的基礎條件，測繪質量提升屬于行業重點探究的一個課題。無人機屬于現階段一種新穎的數據采集載體，與傳統人工方式相比，存在著工作質量高、效率高、操作簡單、機動性高等相關特點[1]。同時，無人機測繪技術將地面的地物、地貌空間具體狀況體現出來，能夠滿足大比例尺成圖要求，既縮短信息獲取的時間，又有利于作業精度與效率的提高，在露天礦山測繪中發展前景較好。

1 無人機傾斜攝影測量技術定義

無人機測繪涉及極高的智能化程度，作業能力強，在適中的飛行高度通過設備中搭載的高品質分辨相機系統實施攝影、數據采集工作，通過自身電子攝像傳感器記錄坐標、航速及航高等數據，內業通過對航拍影像全面處理轉換，呈現在用戶終端，讓使用人員收集到精確、全面的影像模型及數據信息。現階段，在測繪領域中，無人機所展現出的應用價值和作用十分顯著，有利于全面、真實反映地理空間數據。將無人機測繪運用于露天礦山測繪的過程中，以踏勘測區、布設像控點、基本控制測量、航空測量及影像采集等為外業主要步驟，圖1呈現了無人機航測的工作流程。

2 無人機測繪在露天礦山測繪中的優勢

2.1 操作靈活

無人機測繪技術正在向著自動化、信息化的方向發展，和人工測繪相比，無人機測繪在成本和效益層面擁有極大優勢。現階段，無人機設備在體積方面逐漸減小，方便攜帶和操作，更好的滿足測繪要求。

2.2 數據精度高

受露天礦山環境復雜、現場人工測量風險高等相關因素的影響，傳統測繪難以到達高陡邊坡、采礦現場等區域。通過對無人機測繪技術的運用，可以確保外業測繪作業安全、高效的完成，并且采取低空飛行信息采集和搭載高分辨率攝像機的方式，可以采集到高精度畫面，促進工作效果提升。所以，運用無人機測繪技術既能提高數據精確性，又可以與計算機軟件相結合，將可視化信息形成，在后續采礦設計、礦山規劃中發揮更高的效能。

2.3 應急功能強大

就露天礦山測繪工作而言，涉及較多復雜的區域，包含采區、排土場和尾礦庫等重大危險源，在實際測繪時容易出現不穩定因素，無法滿足應急管理工作需求[2]。常規作業方式受較多現場因素的影響，若出現應急情況，通常難以及時的發現問題進行處理，引起不必要的、本可避免的損失出現。通過對無人機測繪技術的運用，可以更好的處理應急情況，因為無人機具有機動靈活、可遠程操控的特點，遭遇突發情況時，可以即派即用，為應急工作的開展起到重要作用。

3 無人機露天礦山測繪的工作概述

3.1 提供礦山生產基礎數據

為確保礦山生產嚴格按照規劃設計及月度、年度計劃目標施工作業，需測繪采場大比例尺地形圖，為工程計量、監控生產、調節生產提供必要的數據支持，保證礦產資源可以實現良好的開發與利用，確保安全、有序生產。

3.2 助力綠色礦山建設

露天礦山主要區域包括采場永久邊坡、采場廢渣堆棄場、尾礦庫等，為建設綠色礦山，修復生態環境，利用無人機測繪技術實時、全面監測生態狀況，如土體流失、植被生長、水位變化等，通過影像圖清楚直觀反映礦山總體情況，為礦產合理開發利用與環境保護協調發展發揮全新的作用。

3.3 助力數字礦山建設

礦山資源開發利用的工藝、生產、組織和工程決策，正飛速利用數字化技術，通過無人機測繪提供空間定位技術，把整個礦山及周邊范圍內的地物、地貌與地下地質按照三維坐標真實模擬出來并有機結合，有利于資源高效、有序管理；以測繪、遙感、地理信息系統為基礎的空間信息技術為建設新型數字化智慧礦山提供可靠、實時的技術支持。

4 無人機露天礦山測繪中的應用要點

4.1 航測外業

在露天礦山測繪中運用無人機測繪技術，需要做好航測計劃、設備檢查、參數設置等前置工作；需要明確測繪任務涉及到的范圍，明確礦山區域地形、干擾源分布等相關狀況；正確制定無人機航線規劃，準確操作，并結合可能會出現的各類緊急事故，建立相應應急預案[3]。

露天采場跨臺階作業其高差常達數百米，無人機測繪需要實施分層飛行設計，以達相應地面分辨率；在區域劃分上，需要保證航測布設和飛行路線相同，參考航測航高設置，要求分區地形高差始終不超過真實航高的1/6，在確保行線平直的同時，最大程度上區分跨度，并覆蓋所需的測繪區域。為保證大比例尺地形圖成像精度能夠符合設計標準，縮短成像周期，選擇合適的飛行高度，具體可參考GB/T 23236—2009數字航空攝影測量空中三角測量規范、GB/T 15967—2008《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測量數字化測圖規范》。

像控點布設以符合每架次采集面積及接邊因素作為標準要求，并按照平面位置中誤差不超過圖上0.15 mm、高程中誤差不超過1/10基本等高距，通過測區控制點使用全站儀或RTK進行觀測采集。

4.2 內業三維建模成果輸出

以我公司購置的國產大疆經緯M300RTK型無人機為例。可運用Context Capture(簡稱：CC(Smart3D))建模軟件達到空中三角測量解算的目的，結合無人機具體飛行軌跡與像控點設置狀況，整理好航測照片數據后，可通過CC(Smart3D)軟件運行：導入(照片、POS數據、相機參數)→提交空三運算→刺點→重復空三運算(三遍)、刺點(二遍)→檢查→出模→數據檢查。通過獲得各種數據格式的三維網格模型及DOM或DSM，構建傾斜三維模型融入照片便得到實景三維模型，極大地促進采礦作業精細化管理。

4.3 調查露天礦山周邊地質狀況

礦山生產建設會在一定程度上改變地質環境，引起地表塌陷、地裂縫等地質災害。過去，在開展礦山地質災害調查工作的過程中，通常運用人工實地調查的方式，通過航片、衛片進行輔證，其中，人工實地調查存在周期長、效率低、成本高等不足；航片與衛片存在分辨率低、投影偏差等缺陷，無法滿足時效性強的項目。通過對無人機測繪技術的運用，能夠實時生成正射影像圖，進而準確、生動、直觀的調查礦山周邊地質災害情況，全面查找安全隱患，及時對其進行預警、消除及改善，促進安全生產。

4.4 露天礦山方量變化及計算

利用多期無人機測繪生成的DOM或DSM數據信息，結合南方CASS 9.1軟件DTM法對開采方量進行計算，主要原理為：三角網基本單元核心構成不規則三角形三個頂點的三維坐標，由最初三角網中全部三角形三個頂點沿著豎直的方向，向下將三條直線引出，直至開采后的地表面的三角網交匯在一起，如此，便將諸多三棱柱形成，這時整個區域的土石方就是各三菱柱體積之和。和傳統方量計算方式相比，通過點間距設置較真實的將礦山方量變化展現出來，準確計算開采工程量，應用于采礦成本核算及礦山儲量變化計算。

4.5 露天礦山地形圖繪制及精度分析

對露天礦山地形圖進行繪制的過程中，過去在采集數據的時候，主要采用的是全野外人工的方式，這種方式效率低、成本高，并且會受到人為操作的影響及地形條件的限制，導致測量難度提高，部分地形失真，失真的地形會對生產、規劃設計等造成安全隱患，亦或是工作量統計缺失[4]。

由于無人機傾斜攝影測量技術的三維模型精度較高，符合1∶500大比例尺地形圖測量內業規范要求。測量范圍則可以在航線設計方面迅速地進行調整，覆蓋可控作業范圍；內業處理可結合不同軟件，主要為CC(Smart3D)+ArcGis或TerraSolid，CC(Smart3D)+EPS來完成，通過軟件平臺模塊實時加載實景三維模型和正射影像數據，利用二三維聯動測圖一體化模式進行采集和更新數據；最后通過內外業調繪、補測及修正編輯處理，進而獲取到dwg格式地形圖。精度評定則通過X，Y和高程中誤差來檢測實景三維模型和線劃圖的產品質量。為檢測實際誤差精度，在采場排土場使用大疆經緯M300RTK型無人機采集數據，航高設置為100 m,220 m分別作業，用RTK布設像控點的同時，埋設直角形標志的三個點施測后作為檢查點，二架次兩者坐標對比如表1所示(數據為內部1954北京坐標系、1985國家高程基準)[5]。

表1 數據對比

經計算檢測點位中誤差分別是平面位置4.27 cm/5.48 cm、高程2.9 cm/5.3 cm，后次由于分辨率較差影響點位精度，實際作業時通過提高模型分辨率完全能夠繪制符合精度要求的1∶500地形圖。

4.6 其他方面的運用

在礦山行洪能力中，礦山匯水面積是重要指標參數之一，可以借助無人機測繪技術將礦山各區塊匯水面積迅速獲得，利用相應計算對礦山行洪能力進行檢核，在露天礦山防洪中所發揮的作用極為顯著，清查違建。在露天礦山開發和生產過程中，偶爾會遇到已經在展開征地賠償的時候，當地某些居民仍進行人工設施修建，進行植物搶種、補種等，借助無人機在固定的時間段把相應地區高分辨率正射影像圖生成，第一時間了解前后變化狀況，同時采取有效手段解決；通過對無人機測繪技術生成的點云數據進行利用，可以針對各個時期的點云數據，開展建檔工作，為今后的使用提供方便，同時借助礦山點云數據，可以展開3D設計，確保復墾設計、礦山設計使用的全面性以及合理性。

5 結語

無人機技術在我國得到了迅猛發展，而立足于該技術得以發展的無人機測繪技術，為礦山開采工作的高效開展提供了極大的幫助，可以有效防止傳統礦山測繪工作中各種問題的出現，促進測繪工作質量、效率顯著提升。所以，為了深挖無人機測繪技術的潛質，應加大對此項技術的推廣力度，特別要加快國產建模軟件開發利用；同時結合測繪行業現狀多方位分析，加強技術人員培訓，促進無人機測繪技術水平提高，推動此項技術朝著智能化和自動化方向發展，以堅實的基礎助推礦山測繪工作良好開展。