基于無人機高精度傾斜攝影測量的礦山地形圖測繪方法

柯生學

（中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710065）

礦山開采過程中的安全問題和環(huán)境問題是國內(nèi)礦山普遍存在的問題，越來越嚴重的礦山安全問題已經(jīng)危及到了人們的日常生活和生命，也引起了廣泛關(guān)注。礦山活動對環(huán)境的污染與破壞日益嚴重，已成為我國生態(tài)環(huán)境污染與地形破壞的主要來源，并對我國經(jīng)濟和社會發(fā)展產(chǎn)生了重大影響[1]。隨著工業(yè)化的發(fā)展，中國對礦產(chǎn)資源的需求不斷增長。與此同時，中國的礦產(chǎn)資源也相對匱乏。構(gòu)建和諧社會，關(guān)鍵在于合理利用礦產(chǎn)資源，防治環(huán)境污染，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

基于以上背景，本文將無人機高精度傾斜攝影測量應(yīng)用到了礦山地形圖測繪中，從而提高礦山地形圖測繪精度。

1 礦山地形圖測繪方法設(shè)計

1.1 提取礦山地形圖測繪信息

無人機高精度傾斜攝影的對象眾多[3]。利用無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)，對采集到的礦山地形基本數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場驗證和圖像特征解譯，分析了礦區(qū)無人機高精度傾斜攝影的特點，建立了礦區(qū)標準翻譯標志庫。并確定了區(qū)分目標類型中無人機高精度傾斜攝影特征的比例。

無人機高精度傾斜攝影測量的具體賦值過程為：

Step1：整理礦山地形圖資料，并結(jié)合無人機高精度傾斜攝影測量資料，對同類礦山各類地形圖進行分析總結(jié)，建立礦山標識庫。

Step2：依據(jù)專家對礦山地形圖測繪意見，確定無人機高精度傾斜攝影分類中礦山地形圖特征的比例。

通過介紹、分析和總結(jié)了無人機高精度傾斜攝影技術(shù)在礦山開發(fā)活動中的特點，研究并分配了無人機高精度傾斜攝影技術(shù)在礦山地形圖分類中的比重，如圖1所示。

圖1 與礦山開發(fā)活動相關(guān)的攝影特征

在描述與礦山開發(fā)活動相關(guān)的無人機高精度傾斜攝影特征基礎(chǔ)上，匯總了幾類主要的無人機高精度傾斜攝影特征信息，對各個無人機高精度傾斜攝影特征在判別礦山地形圖類型中所占的比重進行了調(diào)查和賦值。

以上利用無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)采集了礦山地形圖基本數(shù)據(jù)，通過將無人機高精度傾斜攝影特征賦值到礦山地形圖測繪中，完成礦山地形圖測繪信息的提取；接下來通過分析無人機高精度傾斜攝影測量在礦山地形圖測繪中的適用性，來實現(xiàn)礦山地形圖的測繪。

1.2 分析無人機高精度傾斜攝影測量在礦山地形圖測繪中的適用性

無人機高精度傾斜攝影測量以其簡便的操作流程、靈活的應(yīng)用價值以及裝配和攜帶方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于地理環(huán)境的探測和地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測中，并取得了良好的應(yīng)用效果。無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)因其自身的局限性在實際應(yīng)用中也受到了一定限制。礦山地形圖表明，礦石資源主要分布在地層表面，主要以露天堆積和礦土共存為主，成礦特征分散且分布比較廣泛。礦山地形圖測繪過程中，整個礦山區(qū)域的面積較大，工作面也比較廣。該礦山地形圖采用傳統(tǒng)的大型飛行器進行航空拍攝時，會產(chǎn)生比較高的成本，無法實時反映出無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)所具有的先進性和優(yōu)越性。所以，結(jié)合無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)，根據(jù)礦山地形圖測繪的需要，將無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用到礦山地形圖測繪中，具有十分重要的意義。

常規(guī)礦山地形圖測繪主要采用各種攝影測量技術(shù)對礦區(qū)地形圖的具體信息進行采集。由于時代的進步，相關(guān)研究部門對礦山地形圖測繪也提出了更高的要求，傳統(tǒng)的測量方法已經(jīng)不能滿足礦山地形圖測繪的現(xiàn)實要求。現(xiàn)代化礦山地形圖測繪不僅包括礦區(qū)地物幾何關(guān)系的數(shù)據(jù)采集，還包括目標地物的圖像數(shù)據(jù)采集和處理、目標地物的基本狀況、環(huán)境監(jiān)測等各類目標地物的信息采集。無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代礦山地形圖測繪提供了廣闊的前景。

數(shù)字化礦山建設(shè)是基于礦山的信息化管理。采用數(shù)字化的方式進行礦山建設(shè)的前提是獲得礦山地形圖基本的數(shù)據(jù)信息，包括數(shù)字化正射影像圖、地形圖和數(shù)字高程模型等。當前，礦山地形圖測繪大多采用傳統(tǒng)的測量方法，具有測繪數(shù)據(jù)的采集周期長、成本高的缺點，不能滿足礦山地形圖數(shù)據(jù)實時更新的要求，從而影響了數(shù)字礦山的建設(shè)和地形圖的測繪。但由于礦山大多建設(shè)在偏遠的山區(qū)，礦區(qū)內(nèi)的地形條件比較復雜，傳統(tǒng)的測量方法很難滿足礦山地形圖測繪數(shù)據(jù)真實性的要求。無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，以其自身的優(yōu)勢和特點，滿足了礦山地形圖測繪的具體要求。

當前，礦山環(huán)境治理和恢復是礦山地形圖管理的主要工作和任務(wù)，但是由于實際工作中缺乏有效的地形圖測繪手段，具有較大的管理難度。無人機高精度傾斜攝影測量平臺可以配備多種攝像機，獲取真色、多光譜等多種礦山地形圖的攝影數(shù)據(jù)。利用無人機高精度傾斜攝影資料，分析礦區(qū)環(huán)境的恢復現(xiàn)狀，為礦山管理部門的決策提供依據(jù)。

礦產(chǎn)資源是一種不可再生的稀有資源。對礦產(chǎn)資源進行合理的安排和資源規(guī)劃，是保障礦產(chǎn)資源合理利用的有效手段。但近幾年來，非法開采和亂挖礦山屢禁不止。僅僅依靠人力資源管理對礦產(chǎn)資源的管理作用并不是很理想。利用更加新穎和先進的技術(shù)對礦山地形進行實時、有效的監(jiān)測是十分必要的。無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了對礦產(chǎn)資源的實時監(jiān)測。無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)能夠?qū)崟r更新礦區(qū)無人機高精度傾斜攝影測量數(shù)據(jù)。采用無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)實時監(jiān)測礦山地形圖的信息，對礦區(qū)采礦情況進行有效監(jiān)控，遏制亂采亂挖，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源更加高效合理地被利用。

礦山地形圖在比例尺上的大小一般都是小魚1:2000的，在礦山地形圖測繪過程中的地物要素比較少，也沒有更高的測繪精度要求。對于無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)在影像測量質(zhì)量和姿態(tài)方面都具有一定的局限性，使用無人機高精度傾斜攝影測量技術(shù)進行礦山地形圖的測繪，能夠滿足礦山地形圖測繪的要求。

綜上所述，在無人機高精度傾斜攝影測量的基礎(chǔ)上，提取了礦山地形圖測繪信息，通過分析無人機高精度傾斜攝影測量在礦山地形圖測繪中的適用性，實現(xiàn)了礦山地形圖的測繪。

2 實驗分析

根據(jù)礦山的地形分布情況，分別采用傳統(tǒng)礦山地形圖測繪方法和基于無人機高精度傾斜攝影測量的礦山地形圖測繪方法，通過實驗測試的方式對礦山地形圖進行測繪，得到礦山地形圖測繪精度對比結(jié)果，如表1所示。

表1 礦山地形圖測繪精度對比結(jié)果

從表1的實驗結(jié)果可以看出，采用傳統(tǒng)礦山地形圖測繪方法進行礦山地形圖的測繪時，得到的礦山地形圖測繪精度比較低，經(jīng)計算，礦山地形圖測繪精度的平均值為67.3504%；而采用基于無人機高精度傾斜攝影測量的礦山地形圖測繪方法進行礦山地形圖的測繪時，得到的礦山地形圖測繪精度比較高，經(jīng)計算，礦山地形圖測繪精度的平均值為95.4179%，因此可以得到基于無人機高精度傾斜攝影測量的礦山地形圖測繪方法可以提高礦山地形圖的測繪精度。

3 結(jié)語

本文提出了基于無人機高精度傾斜攝影測量的礦山地形圖測繪方法，結(jié)果顯示該方法具有較高的礦山地形圖測繪精度。但是在今后的研究中，還要加強礦山地形圖的測繪性能研究，使其應(yīng)用到更多領(lǐng)域中。