測繪與地理信息新技術在礦山測量中的應用及展望研究

劉韋華，謝梅秀，楊朝興

（江西省煤田地質局測繪大隊，江西 南昌 330001）

隨著計算機技術、無人機技術、動態定位技術以及圖像融合技術等快速發展，促進了我國測繪及地理信息新技術的迅猛發展，使得礦山及地質勘查逐漸向現代化、數字化發展，對不同地理信息以及地質資料的綜合利用提供了平臺，尤其是在現代礦山測量中，不僅需求精度更高的測繪精度，而且測量周期普遍明顯降低[1]。基于此，本文以測繪與地理信息新技術為研究對象，分析其在礦山測量中的應用以及展望，對推動該技術的發展提供幫助。

1 現代化測繪新技術的應用

現代化測繪新技術包括無人機傾斜攝影測量技術、三維激光掃描技術、GNSS技術、GPS-RTK聯測技術等，本文著重講述常見的無人機傾斜攝影測量技術和三維激光掃描技術。

1.1 無人機傾斜攝影技術

無人機傾斜攝影技術是在無人機垂直攝影技術的基礎上發展起來的，彌補了垂直攝影技術僅能獲得垂直方向航空影像資料的弊端，實現了從多角度、多方位獲取測繪區域傾斜方向攝影影像數據的目的，使得航空影像中的“留白”問題得到明顯的改善，提高了測繪精度[1]。無人機傾斜攝影技術在礦山測量中的應用主要包括飛行計劃編制、地面控制測量、影像數據獲取、空中三角加密測量、地形成果圖件輸出等步驟（圖1）。

無人機傾斜攝影測量技術在礦山測量中應用的主要步驟包括：①飛行計劃編制，根據測繪區域地形地貌特征、氣候條件、植被發育程度、踏勘現狀、無人機型號等制定合理的飛行高度、旁向重疊度和航向重疊度等參數，制定飛行時段等；②地面控制測量是提高無人機傾斜攝影測量精度的基礎，像控點的布設應根據地形地貌變化規律做出適當的調整，在植被發育、地形變化較大區域像控點密度適當增加，在地形平坦、植被不發育的區域像控點密度適當降低；③影像數據獲取，在完成飛行計劃以及像控點布設的基礎上，按照制定的飛行技術進行航空影像數據的獲取，對每天拍攝的影像數據資料進行檢查，若質量不達標，則需重新拍攝，直至每天獲取的影像數據均符合質量要求為止；④空中三角加密測量，在影像數據預處理的基礎上進行空中三角加密測量，雖然無人機傾斜攝影測量技術實現了多角度、多方位獲取影像數據，有效的降低了測繪“留白”問題，但是在測繪過程中不可避免的因高大建筑物、地形地貌、植被發育程度等影響造成測繪“留白”，導致局部區域的測繪精度無法滿足礦山測量的基本需求，此時需要借助航空拍攝過程中自動存儲的POS數據進行方位元素的預測計算進而消除測繪“留白”問題造成的精度降低問題；⑤地形成果圖件輸出，在核對無誤的基礎上根據比例尺要求輸出成果圖件。

圖1 無人機傾斜攝影技術流程示意圖

1.2 三維激光掃描技術

三維激光掃描技術是以三維激光掃描儀為主體的測繪新技術，該技術借助三維激光掃描儀中安置的激光二極管裝置進行發射周期性的脈沖信號，當周期性的脈沖信息被被測物體表面反射后經過三維掃描儀中的接受透鏡接受。

根據信號發射與接受時間差以及距離測量結果等計算出被測物體的三維空間坐標，進而獲得測繪區域大面積的三維坐標信息數據，最終根據這些數據制作成相應比例尺的地形圖。

三維激光掃描技術的應用流程主要包括：①外業數據采集，根據地形地貌、植被發育程度等將測繪區域劃分成若干測繪區塊，確定掃描儀以及標靶的位置，盡可能的設置在視野開闊的區域；②點云數據坐標轉換，由于三維激光掃描儀的掃描精度是隨著掃描距離的增加而逐漸降低的，因此一般將每一測站的掃描距離限制在300m以內，導致測繪區域形成多個測站，此時不同測站之間的坐標系統是獨立的、不統一的，因此，在外業數據采集完成后需要對點云數據進行數據轉換，將不同的坐標系統轉換至同一坐標系統下；③點云數據的配準，點云數據的坐標轉換過程就是數據的配準，可分為絕對配準和相對配準兩種方式，前者是將每一測站的坐標系統逐一配準至絕對的坐標系統下，后者是將不同坐標系統先配準至某一測站的局部坐標系統，再將統一至某一測站的坐標系統配準至絕對坐標系統下；④成果圖件輸出，根據相應比例尺輸出整飾好的地形圖件。

2 地理信息技術的應用

地理信息技術在礦山測量中的應用也越來越廣泛，主要包括3S技術以及以3S技術為基礎的地理信息系統。地理信息系統是以現代化計算機技術為基礎，結合3S技術形成的集數據采集、處理、應用于一體的現代化新技術，其特點包括：①空間特征，地理信息系統采集的數據以三維空間信息為主，因此該系統具有空間特征；②多維結構特征，該系統是在二維空間的基礎上表達出多維信息的過程；③時效性，該系統具有易改正、補充的優勢，因此根據定期數據更換、糾正等可獲得時效性強的綜合信息資料。

地理信息系統的應用主要包括：①數據采集方面的應用，以GPS等定位數據為基礎進行數據的采集；②數據處理方面的應用，地理信息系統具有強大的數據處理能力，將采集的數據根據用戶需求進行運算，剔除冗余數據，補充缺失數據等；③數據管理方面的應用，管理系統是地理信息系統的核心功能，主要包括地理信息系統在數據管理方面主要為空間數據庫建設→基于GIS平臺的內部數據結構規范（數據格式、類型等）→數據代碼格式→矢量數據結構→空間信息查詢等；④用戶查詢方面的應用，根據不同客戶需求開放查詢條線，可有效的提高數據信息的社會服務效益。

3 應用展望分析

綜上所述，測繪與地理信息新技術在現代化礦山測量中具有廣闊的應用前景，在今后三維礦山以及數字化礦化建設過程中的應用越來越廣泛。但是，現代化測繪技術是以計算技術、圖像融合技術和數據處理技術為基礎的，雖然現有的數據處理技術在數據分析、處理中取得了較好的成果，但仍然無法滿足快速發展的基本需求，如如何更加準確的剔除數據的冗余數據，將點云數據的噪聲等有效剔除是今后發展的主要方向。