礦山儲量動態監測中無人機攝影測量技術應用研究

劉磊

（平頂山天安煤業股份有限公司五礦，河南 平頂山 467000）

一、無人機測量系統概述

無人機測量系統是集導航系統、飛行平臺以及傾斜攝影系統為一體的攝影平臺，可以獲取多視角影像，為后續構建的三維模型提供大量的紋理信息。通過采用定位技術可以使得無人機測量系統獲取到的圖像含有更精準的地理信息，從而實現便捷、高精度測量。本次測量中采用的無人機為大疆精靈 Phantom4，滿載荷最大飛行時間為60min，并配備有航空攝影機。采用無人機攝影技術可以較為便捷、精準的構建礦山三維模型，具體的工作流程如圖1 所示。具體包括有:（1）首先需要根據測量目的構建測量技術方案。（2）在圈定的測量區域內進行控制測量，當地表無特征點時應首先做相關標記。（3）無人機航空測量。（4）多視覺影像聯合平差以及密集匹配。（5）三維地形TIN 及無信息白模構建。（6）紋理映射構建實景三維模型。

圖1 測量工作流程

二、技術可行性分析

（一）無人機攝影測量技術精度分析

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?？梢姀臏y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］。

（二）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16h。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。

三、無人機攝影測量技術在礦山儲量動態監測中的應用要點

（一）注重礦山整體測量環境

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。

（二）獲取礦山儲量動態監測數據

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。

（三）礦山儲量動態監測數據

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。

（四）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 ∶1000 的資源儲量對圖中獲得的內容進行評估。

結束語

綜上所述，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。