基于無人機遙感測繪技術在礦山測量中的應用研究

呂 虎

（赤峰山金紅嶺有色礦業有限責任公司，內蒙古 赤峰 025450）

隨著無人機飛行控制系統的完善，無人機在民用領域，礦山開采領域和其他行業內的發展日益深入，無人機遙感測繪技術成為遙感發展的重要趨勢之一，其成本相對較為低廉，數據獲取速度較快，數據采集和處理均非常方便，因此，成為遙感數據獲取的重要方式。無人機遙感平臺的低空遙感具有一定的優勢，不會受到不利因素的影響。將其技術應用在礦山測量方面有很大的應用價值，其應用前景也非常廣泛[1]。

1 無人機的發展概述

無人機是一種無人駕駛的飛機，其英文縮寫為UAV，利用無線電遙控設備和自備的程序，可控制不載人無人機，其在遙感、監測、拍攝、測量等方面均具有特殊的用途，可以完全地或間接地自主操作。無人機可以勝任一些比較特殊的任務，比如，人無法到達的地區或者有一定危險的地區，大范圍的航拍或者礦山測量等。

本文著重探討的是Phantom 4 RTK，其由飛行器、遙感器、云臺相機以及配套的DJI? GS RTK APP組成，具備高精度測繪功能。機身預裝機載D-RTK?，可提供厘米級高精度準確定位，時間更為精準的測繪作業。隨著相關技術的快速發展，無人機已經可以實現云臺相機拍攝，可穩定拍攝4K超高清視頻與2000萬像素照片。OCUSYNC?高清圖傳整合于飛行器及遙感器內部。

2 無人機遙感測繪關鍵技術

2.1 影像獲取關鍵技術

遙感測繪技術能夠有效地應用于礦山測量，非常方便，很好地發揮無人機的測量優勢，避免不利因素，到達容易受到天氣影響或者人員難以到達的地區。無人機的數據獲取有一定的特點，其數據獲取周期較短，一般不受到雨霧、云層等的制約有利于礦場監測數據的時效性，能夠及時進行周期檢測。

無人機的分辨率較高，其數據分辨率與精度密切相關，可以在1千米以內的低空飛行甚至可以直接在地面200米左右高度飛行無人機上攜帶的高分辨率數碼相機，能夠較近距離地拍攝，滿足多種比例尺的測圖精度和監測要求。ix4Dmapper 無人機測繪軟件，轉換從無人機拍攝的影像，能快速地生成高精度、帶地理坐標的多維地圖和三維模型。同時使用可調試的基準面獲取更精準的體積計算、等高線繪制等。

無人機在進行礦山測量時，不僅可以快速地測量礦體資源礦產資源等，而且還能及時、準確地獲取資源的數量。即使是在危險地區，也能很好地獲取數據，有效降低危險區域工作人員的傷亡，降低應急工作的風險，在礦山災害危險區域調查或監測時，能夠很好地獲取相應的應用效果。由于無人機的靈活性和高效操作性，對于一些礦山測量時的尾礦庫監測，地質災害監測和調查等都很有效果，而且能夠靈活地避開霧霾和陰雨天氣的氣象干擾[2]。

2.2 數據處理關鍵技術

通過無人機上的相機標定，可獲得低空遙感系統搭載的數碼相機主點坐標，這一相機具有影像畸變矯正功能，能夠利用光學畸變參數，通過一定的矯正模型實現畸變矯正。影像經過畸變矯正后，逐點偏移為零，為下一步的數據處理做好準備。

無人機影像數據處理還可進行快速正射糾正，使用圖形處理器GPU能夠實現強大的處理功能，提高了無人機數據處理和糾正的速度。無人機影像獲取的大量數據需要快速處理，因此，要求圖形處理器具有強大的并行處理能力，具有高帶寬并且有很好的數據傳輸功能，能夠協調糾正精度問題[3]。

無人機礦山測量時可能需要有大范圍的正射影像拼接，而現有的無人機拍攝設備幾乎都能進行自動拼接，對于測量區域的完整性以及飛行質量進行檢查核實確定無人機飛行時的重疊度指標，并能夠大范圍地監測資源礦產區域、大范圍礦區災害發生區域等，進行全區域的監測和記錄，獲得完整的區域范圍影像數據。

3 無人機遙感技術在礦山測量管理中的應用

3.1 數字礦山建設應用

無人機遙感技術可被應用在智慧礦山和數字礦山的建設之中，數字礦山建設，利用計算機建立起完善的礦山管理軟件，對于礦山基礎信息數據予以架構，控制遙感影像和控制點數據，并參照礦山地圖數據信息，搭建更高程度的數字模擬模型框架。礦山采用傳統的測量技術手段，已經獲取了部分基礎數據，而在使用無人機遙感監測之后，解決了數字礦山數據獲取的關鍵問題，并有效地降低費用，快速獲取滿足數字礦山建設的多種需求，并且可以迎合未來礦山建設過程中不斷更新地圖和影像的實際需要。

3.2 礦山環境治理應用

為了避免大型地質災害和礦區災害，更好地管理礦山，并且做好老舊礦山的環境治理工作，在礦山管理和測量時，可能會面臨恢復建設的問題，其管理難度較大，恢復整理效果周期較長。因此，低空無人機技術被廣泛地應用在這些領域能夠促進礦山環境的治理監察，根據礦山檢查所需要的雷達數據，激光點云數據，真彩色數據，多光譜數據等等，建立遙感數據體系，采用定性或定量的方式測算數據反饋回來的實時動態情況，從而能夠為礦山環境的治理和監測提供決策依據。

3.3 預警特殊的礦區地質災害

礦產資源比較富集的地區，長期的開采可能會使地形發生一定的改變，有時可能會有一些地質災害或塌陷問題同步發生。使用無人機監測可以預警特殊的礦區災害和地質問題，利用無人機遙感影像飛行或者影像圖經過科學設計和合理規劃，既能獲取該礦區的具體影像，得到精準的地形圖，同時又能夠監控特殊的礦區地形變化等，利用完善的計算機模擬系統預測礦區未來開采的發展走勢。如，某礦由于上部中段技術、規范、管理及前期民采，未能形成統一規劃開采，遺留大量礦柱，造成礦產資源嚴重浪費。與此同時，十多年的采礦活動留下了大量的采空區。近年來，隨著礦山生產能力的不斷提高，為了提高開采量，將部分礦柱回收利用，使之變為大型采空區，造成地表大面積塌陷。并且隨著采場深度的增加，地質條件的惡化，其地壓顯現明顯，對下盤運輸巷道造成嚴重破壞，甚至全面塌陷，嚴重影響深部礦體的采場。

3.4 做好礦產資源保護和監測工作

由于礦區地區多為山地地形，無人機可以按照既定設計進行航空飛行，確保飛行質量。從而能夠做好礦產的探測工作。利用無人機近距離飛行取得資源監測的第一手資料，如果發生非法礦山開采工作，破壞礦山生態環境，那么就可以立刻采取措施制止無證開采礦山的情況發生，利用無人機能夠實現具有一定精度的檢查，空中三角測量的方式，使用立體模型檢查重點檢測控制點和控制點之間的切紙機，從而能夠使得礦山資源被更好地保護。為科學開采提高經濟效益，采用無人駕駛飛機航空攝影測量(航測)技術對地表塌陷區進行有效監測，保證方便、科學的連續監測和及時的定點監測，輔助支持礦區開采決策，同時做到防災減災。

圖1 赤峰山金紅嶺礦業公司礦產資源檢測

4 無人機遙感技術在礦山測量中的應用分析

赤峰山金紅嶺礦業公司設定航測范圍布設地表像控點，測量的地區進行合理布點，從而能掌控整個礦山的全局，根據地形特點予以監測。測區范圍內控制點的合理分布是必要的，控制點通常位于測區的四周和中間。重建模型至少需要3個控制點來完成。一般情況下，100張照片大約有6個控制點，更多的控制點對精度也沒有顯著提高(如果高程變化較大，更多的控制點可以提高高程精度)。控制點不能做得太靠近測量區的邊緣，也不能布設在一條直線上，以分散在不同的平面高度上。另一個控制點最好是可以在同一時間找到5張圖像(至少要兩張）。

圖2 赤峰山金紅嶺礦業公司布設地表像控點

礦山開采工程加大對于礦區無人機遙感影像獲取力度，利用礦區控制點，建立幾何結構，以立體圖形的模擬作為檢查的輔助性手段。利用空中三角測量結果，重點檢查控制點和檢查點，并且控制無人機飛行的高度和質量，盡可能地使其航拍過程不受到氣象的影響。無人機測量項目的階段性發展，能夠更好地控制測量點位，并且保證影像圖數據的精度，杜絕野外實測誤差，利用軟件自行提取地面控制點坐標和高度[4]。

5 結論

無人機可以實現針對礦山特殊情況的低空遙感拍攝，可以對礦產資源進行監控，實現礦山環境監測。無人機遙感獲取數據，降低誤差，實現高精度管理，能夠為礦山決策部門提供實時動態的準確數據，促使其決策更為科學，也能夠使無人機礦山測量的應用范圍更加廣泛，監控災害多發地勢特點，便于有備無患。