礦山儲量動態監測中無人機攝影測量技術應用研究

蔡 旭

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局五總隊，貴州 安順 561000)

礦產資源在社會生產中起到舉足輕重的作用，其是促進我國經濟快速發展的重要基石。新時期，社會生產中對于礦產資源的需求量不斷增加，有必要進行礦山儲量的動態監測管理。無人機攝影技術是一種全新化的工程測量手段，將其用于礦山儲量動態變化情況的監測實踐，能有效提升監測效率和精度，保證礦產企業高質量生產經營。本文就無人機攝影測量技術在礦山儲量動態監測中的應用要點展開分析。

1 無人機攝影測量技術在礦山儲量動態監測中的應用價值

礦山儲量動態監測工作專業性強、監測難度較大，這是因為大部分礦山所在位置較為偏僻，同時礦區地形復雜，環境惡劣，這給監測工作的開展帶來較大難度。在以往礦區監測中，礦山儲量動態監測需要消耗大量的人力、物力和財力，而且整體耗時較長，這也使得實際監測難以達到預期效果。而在無人機攝影測量技術體系下，工作人員可以依托無人機技術平臺，實現礦區的大范圍測量。從測量過程來看，無人機攝影測量屬于空中作業，其大大降低了復雜地形對測量工作的影響，監測難度較小；同時無人機機載平臺會攜帶高分辨率的數碼相機，通過這些相機，能快速、準確的獲取測區的圖像信息，并且基于相應的數據處理平臺，有效地減少了礦山儲量動態監測的人為誤差，保證了監測精度；此外，依托無人機攝影測量技術，礦山儲量動態監測所需要的人力、物力相對較少，只要天氣狀況良好，測量人員僅需要采空無人機攝影測量設備，即可實現礦區大范圍的快速測量，整個測量過程資源投入少，經濟效益突出[1]。

2 技術可行性分析

2.1 無人機攝影測量技術精度分析

傳統測量體系下，礦山儲量動態監測值為真值，在實際測量中，用傳統測量的結果減去無人機攝影測量記過，可以得到一個偏差值；此時，采用偏差量除以傳統的測量結果，可得到礦山儲量動態監測的相對誤差。在實際測量中，一旦測量的礦坑存在堆積，傳統監測方式會采用規則椎體進行計算，就無人機攝影測量技術而言，其可以在測量中進行逐像素計算，該測量模式下，其會將礦坑的表面進行完整的擬合，繼而通過0.1 m的分辨率控制，形成DEM，這種測量方式有效地保證了礦坑測量的準確性。可見從測量精度來看，無人機攝影測量技術在礦山儲量動態監測中具有一定可行性[2]。

2.2 無人機攝影測量技術效率計算

相比于傳統測量手段，無人機攝影測量技術的效率性突出。譬如，在某礦區監測中，傳統監測手段實施人工監測，經初步計算，完成工程測量需要42 h；為提升測量效率，該礦區采用無人機攝影測量技術進行監測。在實際監測中，工作人員先設置像素點，確保其點位不少于5個，隨后利用高分辨率相機進行測量，通過測量獲得礦區的原始照片，總照片數目為200多張。在經數據處理制成DOM和DEM后，測量總耗時為16 h。即無人機攝影測量技術在礦山儲量動態監測中具有較高效率性，其能有效適應礦山儲量動態監測需要，促進礦山企業有序生產。

3 無人機攝影測量技術在礦山儲量動態監測中的應用要點

新時期，無人機攝影測量技術在礦山儲量動態監測中的應用不斷深入，要進一步提升無人機攝影測量技術應用水平，保證礦山儲量動態監測效率與質量，還應注重以下要點把控。

3.1 注重礦山整體測量環境

礦山環境是影響礦山儲量動態監測效率與質量的重要因素。就礦山儲量監測，其動態變化特性較為突出。這是因為在礦區，礦產資源被開采運出后，整個區域土體結構的完整性受到了較大影響，其中礦區內部結構應力變化明顯。譬如，在部分礦山開采中，曾發生開采區陷落等問題，這一問題加大了礦產資源開采的難度，同時在后續監測中，監測環境較為復雜，工作阻力加大。對此，利用航空攝影技術進行礦山儲量動態監測時，應對測量區域的環境進行檢查和分析，然后確定無人機起飛點，并進行航向設計，這樣能為礦山儲量動態監測創造有利條件，滿足整體監測需要。

3.2 獲取礦山儲量動態監測數據

礦山儲量動態監測中，無人機攝影測量技術在數據獲取方面具有顯著優勢。一方面，其不僅能獲得本地區的地形地貌資料，而且能掌握礦區開采現狀，在經相關數據計算出來后，可構建礦區的三維模型，這為后期工作開展具有積極影響。在實際測量中，先應進行像控點的布設，無人機攝影測量像控點布設應關注平高點和平面點的設置，在實際布點中，應注重CORS或RTK技術的應用，為后期數據捕獲、數據導入和云計算處理提供便利[3](見圖1)。

確定礦山儲量動態監測像控點后，為保證整體測量質量，首先應注重航攝方案的有效規劃。就目前而言，DB-2型無人機在礦山儲量動態監測中的應用較多，在其應用中應保證航帶內具有80%的重疊，不同航帶之間應存在60%的重疊；DB-2無人機整體作業狀態控制如表1所示[4]。其次，在實際測量中，如果控制地點的直徑為1 m，則應以測量中心位置和四周為基礎，設置控制點位，控制點位應保持在5個。同時注重光束法的有效應用，在該技術支撐下，應進行礦山儲量的三角測量，完成測量后，應結合空三加密結果，生成DEM和DOM，最后在內業處理中，實現礦山定向點中高程值、平面坐標的有效結算。

表1 DB-2型無人機型號規格

3.3 礦山儲量動態監測數據內業處理

作為無人機低空航攝測量技術應用的重要環節，航攝數據內業處能有效提升無人機低空航攝測量數據的應用價值。在實際處理中，針對航攝儀的應用，測繪人員先要捕獲該設備曝光攝影瞬間的三維坐標；通常給坐標通過GPS技術獲得；隨后參考無人機飛行姿態參數，并在計算機云計算系統進行空三解算處理。完成數據空三解算后，還應通過規范化的處理圖形色彩，在處理過程中，利用矢量化自動成圖軟件，可在圖像有效銜接的基礎上，確保圖像的色彩具有較高的統一性，最后對這些圖形進行成立，可獲得測區地形圖。值得注意的是，無人機飛行姿態對于部分攝影圖形具有一定影響，該影響會降低成圖精度；對此，測繪人員還應進行畸變數據的糾正處理，通常，采用正射糾正法能糾正的圖像點位的位移偏差。所獲得圖形部分點位的位移差計算公式為：

其中，δh指的是像點位移差；而kn代表了像底點到達像點基線長；就h而言，其研究的是地面點的情況，代表了該區域的起幅高層；H代表航攝儀器的飛行高度。正確計算該指標，能指導航攝設備運作，確保礦山儲量動態監測結果處置的準確性。

3.4 礦坑上、下底面監測

礦坑上底面、礦坑下底面是礦山儲量動態監測的兩個重要環節。就上底面監測而言，應關注礦區的原始地貌，通常該地貌保持在自然狀態，對此，可將其看做是一個平面進行監測處理。在這一監測模式下，通過計算礦坑邊緣測量高程點的均值，即可實現礦坑上面的表示。而就礦坑下底面而言，在生成DEM的基礎上，還應通過專業計算設備，對其進行儲量計算，這樣通過上底面減去下底面，即可獲得相應差值的有效計算。此外還應針對礦山的地質進行測量，在實際測量中，資源儲備評估方法、資源儲量估算參數確定是兩個極為重要的環節。就資源儲備量評估而言，工作人員不僅需考慮采坑面積，而且需考慮采深等因素，這樣可實現資源儲量的有效分析。而在資源儲量估算中，應結合具體面積，按照1∶1 000的資源儲量對圖中獲得的內容進行評估。

4 結語

無人機攝影測量技術的應用能有效提升礦山儲量動態監測效率及質量。在實際監測中，礦山工作人員只有充分認識到無人機攝影測量技術應用的必要性，然后結合其工作原理，做好礦山整體測量環境、礦山儲量動態監測數據獲取、礦山儲量動態監測數據內業處理和礦坑上、下底面監測的右下處理，才能有效地提升無人機攝影測量技術應用水平，繼而在保證礦山儲量動態監測質量的基礎上，促進采礦行業的有序發展。