利用無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù)監(jiān)測礦區(qū)開采沉陷變形的初步研究

崔秀燕

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊，山東 濰坊 261000）

露天礦產(chǎn)資源的過度開采，造成了嚴(yán)重的山體滑坡現(xiàn)象，不但破壞了自然環(huán)境，而且導(dǎo)致了泥石流等自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生[1]。近年來國家地質(zhì)勘察、環(huán)境保護(hù)等相關(guān)部門正在加強(qiáng)對過度開采資源的治理工作。主要的治理手段為針對設(shè)立自然礦山的開采范圍和動用儲量進(jìn)行監(jiān)測。但是由于自然礦區(qū)多位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，交通不便，環(huán)境惡劣等問題的存在，讓礦山的監(jiān)測工作難以進(jìn)行。針對這些情況，研究人員采取了無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù)，來輔助探究礦山的開采深度變形情況[2]。無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù)可以在低空完成對地面的拍攝，受地形限制小，機(jī)動靈活，減少了野外工作量，降低了工作難度，極大提高了測量效率。到目前為止，無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)已經(jīng)在基礎(chǔ)地理信息更新、確權(quán)登記發(fā)證、國土資源調(diào)查、工程測量、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的效果。無人機(jī)低空攝影測量可快速獲取高精度的數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像圖，將無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)應(yīng)用于露天礦山開采監(jiān)測中，可以從空中監(jiān)視、無人到達(dá)目標(biāo)區(qū)可以取證，有效地實現(xiàn)監(jiān)管。與其它監(jiān)測方法相比，無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)勢。

1 初步監(jiān)測礦區(qū)開采沉陷變形情況

1.1 設(shè)計無人機(jī)航線

無人機(jī)數(shù)碼攝影一般都是執(zhí)行小區(qū)域的數(shù)碼航攝，與傳統(tǒng)航攝不同的是在航線設(shè)計時無需考慮地球曲率變化，也無需非常準(zhǔn)確地知道地面點高程[3]。采用無人機(jī)用于檢測礦區(qū)開采的沉陷變形情況，必須要設(shè)計無人機(jī)的航線[4]。在航線設(shè)計過程中首先要根據(jù)具體的地形情況來選擇適宜的比利時，通常采取1：10000或1：50000范圍的比例尺；其次選擇計算機(jī)圖庫中適宜的數(shù)字高程模型進(jìn)行基準(zhǔn)面的設(shè)計，保證監(jiān)測過程中可以對攝影對象進(jìn)行精準(zhǔn)的分類，其類型包括普通密分區(qū)和重點密分區(qū)兩大類。針對礦山地質(zhì)勘查的監(jiān)測中，無人機(jī)航線，通常在已知攝區(qū)四角坐標(biāo)的情況下，即可進(jìn)行無人機(jī)勘測。對于形高差大于1/6航高時，需要設(shè)立攝影分區(qū)，來進(jìn)行重點勘察。

1.2 調(diào)試無人機(jī)飛行設(shè)備

設(shè)計出無人機(jī)的航線之后，需要對無人機(jī)運行過程中的所用飛行設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，來確保航攝工作順利完成。調(diào)試的主要工作內(nèi)容為：地面監(jiān)控站物品檢查、起飛前設(shè)備調(diào)試、俯仰設(shè)備調(diào)試、滾轉(zhuǎn)設(shè)備調(diào)試、偏航設(shè)備調(diào)試、水平設(shè)置調(diào)試、空速檢查、高度計檢查、轉(zhuǎn)動機(jī)設(shè)備調(diào)試、GPS定位檢查、震動測試和最后的無人機(jī)電機(jī)設(shè)備的調(diào)試。在確保所有設(shè)備和機(jī)械均正常工作后，可啟動無人機(jī)飛行設(shè)備進(jìn)行工作。

1.3 處理拍攝數(shù)據(jù)

在無人機(jī)飛行設(shè)備，按照其設(shè)計出的航線完成了航行拍攝之后，進(jìn)行到最為關(guān)鍵收集數(shù)據(jù)的處理環(huán)節(jié)[5]。在處理環(huán)節(jié)中，為了保證原始影像每張都能打開并且存儲完整，必須在曝光適中的情況下對拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。整理過程中，首先檢查曝光點數(shù)與影像數(shù)是否一致，若不一致應(yīng)及時查找原因；其次檢查每條航線的記錄值與實際飛行的影像數(shù)是否一致。例如第一航線地面站里一共有20張影像，其中如果懷疑007號為第一張，則需要監(jiān)測影像中007～026是否為第一航線。其中重點要監(jiān)測026與027之間的關(guān)系；最后將影像按照航線數(shù)分別裝載于文件夾，每條航線的影像數(shù)量應(yīng)一致。

1.4 繪制礦區(qū)開采區(qū)剖面圖

繪制礦區(qū)開采區(qū)剖面圖的過程：首先采用1：5000的地形圖繪制礦山地面的平面圖；其次應(yīng)用MapGIS軟件對平面圖進(jìn)行掃描和矢量化處理；然后將處理結(jié)果導(dǎo)入ESRI軟件中，再應(yīng)用DOM影像對比平面圖中的虛擬礦區(qū)地形進(jìn)行紋理映貼圖處理，之后把平面圖中影響紋理空間的點之間的對應(yīng)關(guān)系確定出來；最后得到具有全部礦山地理特征的三維圖像，為礦區(qū)開采深陷變形的探究工作，提供了最有效的參考資料。

2 實驗驗證

2.1 實驗準(zhǔn)備

本實驗選取某礦山開采區(qū)作為實驗原材料，采用新型無人機(jī)低空數(shù)碼航測和傳統(tǒng)監(jiān)測兩種方法來監(jiān)測的該礦區(qū)的開采深陷變形情況，在兩種監(jiān)測結(jié)果中抽取五個相同地點分別編號為1、2、3、4、5，通過實際測量的方法來判斷兩種方法的準(zhǔn)確程度，進(jìn)而驗證新型無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù)的實用價值。

2.2 結(jié)果討論

下圖為兩種監(jiān)測方法其監(jiān)測準(zhǔn)確程度對比結(jié)果

圖1 為兩種監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確程度對比圖

根據(jù)圖像可知，傳統(tǒng)方法所得的監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確程度在60%～70%之間，其平均值為64%；而新型方法所得的監(jiān)測結(jié)果在65%～75%之間，其平均值為69%，比傳統(tǒng)方法高了5%，因此證實了新型無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù)的實用價值。

3 結(jié)語

采用無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù)可以礦區(qū)開采沉陷變形監(jiān)測的工作效率，并且獲得更加精度的監(jiān)測結(jié)果。但是無人機(jī)低空數(shù)控航測技術(shù)的覆蓋范圍很小,可獲取信息量也不多[6]。除此之外，針對地形復(fù)雜地區(qū) 并且坡陡路險的困難山區(qū)以及多云霧的氣象條件等較差地區(qū)必須要大范圍的比例尺地形圖測繪、才能處理災(zāi)害調(diào)查及搶險應(yīng)急等實際情況。因此，無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù)還需要進(jìn)行更深層次的探索，才能廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域的礦山監(jiān)測工作中。