基于無人機傾斜攝影的礦山儲量核查方法研究

摘" 要：傳統礦山儲量核查方法更多是采用人工實地測量和地質勘探法，導致核查結果并不準確。針對上述問題，提出了基于無人機傾斜攝影的礦山儲量核查方法，選擇五鏡頭六旋翼無人機開展傾斜攝影，從多角度捕捉礦區信息后優化數據建立三維模型，并將三維模型通過坐標變換和轉換矩陣轉化為二維坐標從而進行礦山儲量平面圖的繪制，最后使用幾何圖形法與算術平均法計算出全部礦山儲量并與原有礦山儲量數據進行比較，實現礦山儲量核查。在實驗過程中，通過與其他兩種礦山儲量核查方法進行對比，得出基于無人機傾斜攝影的礦山儲量核查方法的儲量計算偏差僅為0.32 kt，另兩種方法的偏差分別為146.57 kt和94.08 kt，說明該方法最為準確。

關鍵詞：無人機攝影" 礦山儲量核查" 礦山儲量" 核查方法" 儲量核查

中圖分類號：P231

Mine Reserve Verification Method Based on UAV Oblique Photography

MA Zhiguo" ZHAO Mingxuan

1.Zhongjin Environmental Technology Co.， Ltd.;2.Shanxi Huaye Survey Engineering Technology Co.， Ltd.，

Taiyuan， Shanxi Province， 030032 China

Abstract： The traditional method of verification of mine reserves is primarily relies on manual field measurement and geological exploration methods， which leads to inaccurate verification results. In order to solve the above problems， a mine reserve verification method based on UAV oblique photography was proposed， a five-lens six-rotor UAV was selected to carry out oblique photography， a three-dimensional model was established after capturing the mining area information from multiple angles， and the three-dimensional model was converted into two-dimensional coordinates through coordinate transformation and conversion matrix to draw the mine reserve plan， and finally all mine reserves were calculated by using the geometric figure method and the arithmetic average method and compared with the original mine reserve data to realize the mine reserves verification. In the course of the experiment， by comparing with the other two mine reserve verification methods， it is concluded that the reserve calculation deviation of the mine reserve verification method based on UAV oblique photography is only 0.32 kt， and the deviations of the other two methods are 146.57 kt and 94.08 kt， respectively， indicating that this method is the most accurate.

Key Words： Drone photography; Verification of mine reserves; Mine reserves; Verification methods; Verification of reserves

在礦山資源開發與管理的領域中，礦山儲量的準確核查一直是至關重要的環節。然而，傳統的礦山儲量核查方法往往依賴于人工實地測量和地質勘探，不僅工作量大、耗時久，而且易受地質條件和人員經驗的限制，導致核查結果存在較大的誤差和不確定性。在國內外，針對礦山儲量核查方法的研究已經取得了一定的進展。歐陽宇佳等人[1]提出了基于紅外熱像儀的礦山儲量核查方法，通過紅外光學系統、紅外探測器及電子處理系統，將表面紅外輻射轉換成可見圖像，可以觀察到被測目標的整體分布狀況，從而進行下一步工作的判斷。焦曉林等人[2]提出了基于無人機航拍圖斑的礦山儲量核查方法，通過無人機航拍獲取礦山區域的高清影像，并根據圖斑的巖石類型、礦體分布和開采區域等信息，結合地質資料和采礦經驗，對礦山的儲量進行評估。隨著無人機技術的飛速發展，傾斜攝影技術為礦山儲量核查提供了新的解決方案。該技術通過搭載在無人機上的多鏡頭相機，能夠同時從多個角度拍攝地面物體，獲取豐富的三維空間信息。這種非接觸式的測量方式不僅大大提高了數據采集的效率，還能夠減少人員工作強度和降低安全風險。此外，傾斜攝影技術還能夠快速生成高分辨率的三維模型，為礦山儲量核查提供了直觀、準確的數據支持[3]。本文旨在探討基于無人機傾斜攝影的礦山儲量核查方法，探討其在礦山儲量核查中的實際應用效果。同時，本研究也具有一定的理論價值和實踐意義，能夠為無人機傾斜攝影技術在礦山領域的應用提供有益的參考和借鑒。

1" 基于無人機傾斜攝影的礦山儲量核查方法設計

1.1" 使用無人機傾斜攝影進行三維建模

本文選擇五鏡頭六旋翼無人機開展傾斜攝影，通過其搭載的5個不同位置的航測攝像頭，可以多方面拍攝礦區位置和狀態的詳細信息。該無人機具有多角度自動調節的鏡頭，可靈活適應不同攝影環境，使得各曝光點可以拍攝到同一地物的不同角度影像，由此構造出更為真實、可量測的三維空間模型[4]。構造三維模型過程如下：無人機通過傾斜攝影對礦體輪廓線進行采集并利用輪廓線構造礦體面模型；將礦體面模型經過平滑處理后得到平滑后的礦體模型，之后通過礦體三維可視化模型即可得到礦體三維模型。由于無人機在攝影過程中會受到風速和無人機飛行速度等影響，導致上述構建出的礦體三維模型不夠精準，于是還需要對上述模型進行手工編輯和優化，修正可能出現的錯誤或不精確之處。具體過程如下：

式（1）中：表示像點移位量；表示無人機飛行速度；表示曝光時間；表示相機焦距；表示飛行高度。經過上述過程，可對不清晰的影像進行清晰化處理，獲取影像中的三維空間坐標。根據三維空間坐標即可得到精確的空間距離，設空間中任意兩點的坐標分別為和，則計算公式如下：

式（2）中，為空間中任意兩點之間的距離。根據上述過程對三維模型進行優化處理，增加細節或進行簡化，使其更加精確。至此，使用無人機傾斜攝影進行三維建模過程結束。

1.2" 繪制礦山儲量平面圖

仔細審查上述過程構建的三維模型，了解礦山的整體結構、地層、巖性以及可能的礦化區域。識別礦體的形狀、大小和位置，并確定其與其他地質特征的關系。在將三維模型轉化為二維平面圖時，需要對坐標點進行數據提取，該步驟中的提取函數如下：

式（3）中：表示三維模型坐標點；表示提取系數；表示斜率。將數據提取出來之后，使用透視投影通過轉換矩陣，將三維坐標轉化為二維坐標，具體過程如下：

式（4）中為中點坐標值。為了去除，可引入一個維度w，通常該維度的大小只有1或0。因此可以考慮利用第四個維度來存儲額外的，以達到轉換矩陣與坐標無關的目的。寫成矩陣形式為：

式（5）中，和為兩個待定參數。對于投影面來說，x軸和y軸的值確定了物體投影后的位置，z軸的值代表了物體的遠近信息，因此z軸的數值本身并無任何意義，只要轉換過后能夠保持原有的順序即可。因此矩陣中的，和可根據計算方便來選取，因此矩陣第三行前兩列都為0。后續在處理時只需將坐標統一除以即可得到所需的投影坐標值[5]。按照上述步驟進行處理，并根據最后得到的投影坐標值即可繪制礦山儲量平面圖。在繪制過程中使用漸變色表示高度與深度的變化，使用不同符號表示不同類型的礦體。綜上，繪制礦山儲量平面圖的過程全部完成。

1.3" 計算礦山儲量

礦體圈定是在礦山儲量平面圖上將礦體的邊界線上圈定起來，并按照該礦體的控制范圍和開采程度制定儲量等級界限[6]。確認礦體邊界時，依據礦體性質和勘探項目的具體狀況來選擇儲量計算方法。公式如下：

式（6）中：表示礦體體積；、、分別為礦體的長、寬和高；表示礦體儲量；表示礦體密度。對于勘探工程揭露的礦體，可通過算術平均法計算出平均厚度和品位等參數后得出礦體儲量。具體公式如下：

式（7）中：表示平均厚度；表示礦體斷面面積；表示品位。通過上述方法計算出礦體儲量之后，將其與原有的礦體儲量數據進行比較，從而實現對礦山儲量的核查。綜上，基于無人機傾斜攝影的礦山儲量核查方法全部設計完成。

2" 實驗測試

設置對比實驗。本文設計的基于無人機傾斜攝影的礦山儲量核查方法為方法一，基于紅外熱像儀的礦山儲量核查方法為方法二，基于無人機航拍圖斑的礦山儲量核查方法為方法三。為了對比3種方法對礦山儲量核查的準確性，設計實驗具體如下。

2.1" 實驗準備

本實驗選擇在試驗區礦山進行。該礦山地面標高30～45 m，山體海拔高一般70～150 m。收集該礦山區域地質數據。從時間的維度考量，數據可分為兩大類：原始勘探數據與開采動態數據。原始勘探數據，即礦山開采前的核心資料，涵蓋了勘探和儲量評估的詳細信息；而開采動態數據，則是礦山開采過程中實時產生的數據。在儲量計算的過程中，礦體范圍的圈定至關重要。本次計算依據采礦權證所規定的范圍，精確劃定計算儲量的范圍，以確保數據的準確性和可靠性。具體范圍如圖1所示。

本次僅計算-150～-650 m之間的礦量。其中，-200～-450 m為證內礦山儲量，-450 m以下為證外礦山儲量。

2.2" 實驗結果討論

具體的礦山儲量計算結果如表1所示。

根據表1實驗結果可知：方法一的偏差值極小，可以忽略不計；方法二的偏差率為0.471%；方法三的偏差率為0.302%。綜上所述，本文設計的基于無人機傾斜攝影的礦山儲量核查方法最為準確。

3" 結語

本研究通過引入無人機傾斜攝影技術，為礦山儲量核查提供了一種全新的解決方案。通過三維模型的構建，能夠更加直觀地掌握礦山的實際情況，為礦山資源管理提供了有力的數據支持。此外，本研究還探索了無人機傾斜攝影數據的處理與分析方法，為類似領域的研究提供了有益的參考。然而，本研究也存在不足。無人機在數據采集過程中受到天氣、地形等自然條件的限制，可能導致數據的不完整或失真。針對以上不足，未來的研究可以進一步完善無人機傾斜攝影技術的數據采集和處理方法，提高數據的完整性和準確性。總之，基于無人機傾斜攝影的礦山儲量核查方法具有廣闊的應用前景和深遠的研究意義。

參考文獻

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[2] 焦曉林.土地利用規劃調查無人機航拍圖斑核查方法淺析[J].華北自然資源，2023（5）：115-118.

[3] 張婷，張文博，李志龍.關于計量儀器期間核查方法的研究[J].科技風，2024（10）：140-142.

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