智能無人機在礦山工程測繪技術中的應用

孫 璐

（中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧總隊，遼寧 沈陽 110000）

隨著北斗系統在民用領域的廣泛應用，動態實時定位技術得到了快速發展，從而促進了無人機技術的大范圍應用[1]。目前，無人機技術已在航拍、農業、快遞運輸、災難救援、電力巡檢等多個領域中進行實際應用。為了滿足復雜礦山環境下的測繪需求，多在工程測繪技術中應用無人機遙感測繪技術，從而為礦山工程測繪技術提供較大助力[2]。

在國內外關于礦山工程測繪技術的研究中，多是利用GPS定位系統、數字化等技術手段進行工程測繪工作，例如，文獻[3]中針對數字化測繪技術在地質工程測量中的應用進行分析，通過分析數字化測繪技術的應用特點，提出數字化測繪技術在工程測量中的應用措施，得出結論表明數字化測繪技術能夠在一定程度上保障測繪數據的精確，但是該技術在面對復雜的礦山條件時，其時效性有待提高。文獻[4]中將RTK技術引入到現代礦山工程測量技術中，結合全球衛星導航系統實時監測礦山資源信息，利用RTK技術的數據通信特點為礦山工程的測量提供了基本保障，但是該技術在進行礦山工程測繪時存在準確性不高的問題。綜上分析，為了解決現有技術所存在的問題，本文研究智能無人機在礦山工程測繪技術中的應用，探求智能無人機在實際礦山測繪中的應用水平。

1 礦山工程測繪技術

在進行礦山工程開采的過程中，需要對礦山資源進行準確預估，這時就需要一項測繪技術能夠為礦山工程提供準確數據，在實際工程的運行過程中，應該在運行前期進行一個評估，評估的最大依據在于對礦山資源中各項參數的測量和分析，從而在地面基站準確建立控制網絡[5]。可見，礦山工程的測繪要求主要包括：①受到礦山資源的分布特點影響，對于礦山工程的測繪來說，整個礦山區域的覆蓋面積較大，所需作業的面積較廣，因此，測繪技術要具有覆蓋面積廣闊的特點；②礦山工程測繪還需包括礦區內地上地下各種工程的施工監測，因此需對礦山工程所在礦區的地形圖及環境條件進行有效測繪；③為了滿足生產工作的需要，在進行礦山工程測繪時，所得測繪結果需滿足生產現狀的采掘工程圖和其他專用圖的使用。

針對上述礦山工程的測繪要求，由于受到環境污染、地質災害、采空區塌陷等問題的影響，使得目前的礦山工程測繪工作變得越來越復雜、越來越困難。

基于上述智能無人機獨特優勢，將其應用在礦山工程測繪技術中，對提高測繪水平具有重要意義。因此，下文對智能無人機在礦山工程測繪技術中的應用進行具體闡述。

2 智能無人機在礦山工程測繪技術中的應用

為了有效獲取礦山工程測繪資源數據，引用智能無人機遙感技術進行礦山數字線數據提取工作，根據所獲取的資源數據，采用三維實景建模技術進行數字高程模型的構建，從而準確、及時地完成礦山工程測繪工作。

2.1 礦山工程測繪資源數據的提取

數字線數據提取是構建數字高程模型至關重要的一個環節，其提取質量決定了建模的速度和精度，從而直接影響到礦山工程測繪水平。首先利用智能無人機進行實地勘探，對目標區域的形狀結構、周圍環境進行大致識別，從而利用無人機將資源數據信息從初始端傳送到計算機終端。利用智能無人機進行資源數據獲取的流程如圖1所示。

圖1 智能無人機資源數據獲取流程圖

基于圖1所示的數據獲取流程，找出資源數據中最明顯的公共特征點，從而根據資源特征參數提取礦山工程測繪數字線數據，提取過程如下。

首先，假設礦山資源數據中有3個特征點，分別用q1、q2和q3表示，在一定區域內，具體構建尺度空間公式如下所示：

其中，G(x,y,δ)表示礦山資源數據內的可變高斯函數；(x,y)表示礦山資源數據圖像內的多維度空間坐標；I表示礦山資源數據圖像內的尺度空間因子。

其次，根據所構建的尺度空間，采用層次分級方法對空間尺度向量進行礦山工程測繪數字線數據提取，提取方程為：

其中，g表示礦山資源數據的兩個特征點之間的最短距離；k(x)表示數據邊緣特征向量集，從而實現礦山工程測繪技術的應用效果。

2.2 礦山工程測繪中數字高程模型的構建

礦山工程測繪的數字線數據提取為礦區的數字高程模型的構建提供了全新思路，通過采用三維實景建模技術來構建數字高程模型，從而更為準確地進行礦山工程測繪工作。

由于智能無人機進行傾斜影像采集時，在融合邊緣處的性能比較弱，容易造成圖像邊緣模糊的情況，需要對拼接后的智能無人機傾斜影像進行平滑處理。無人機傾斜影像的平滑處理方程為：

其中，fA(x,y)表示智能無人機圖像采集的像素點信息，fB(x,y)表示智能無人機圖像融合后的像素點信息，k1和k2表示平滑因子。

在實現圖像平滑處理的基礎上，采用三維實景建模技術構建數字高程模型，在三維坐標體系中，將礦山工程測繪資源特征點坐標(xi,yi,zi)經過平移和轉換處理，轉移到統一坐標系(xN,yN,zN)中，確定邊緣特征向量，得到礦山工程測繪中的數字高程模型，用向量進行表示：

其中，fA(x,y,z)表示礦山工程測繪中三維高程參數。綜上所述分析，得到了礦山工程測繪中的數字高程模型，根據計算機終端所構建的礦山測繪數字高程模型，能夠有效掌握目標區域的實際環境情況，提高礦山測繪工作的能力水平，從而為礦山開采工作做足準備。

3 實驗分析

為了驗證智能無人機在礦山工程測繪技術中的應用效果，進行實驗分析。以某地某礦山為實驗對象，運用本文方法進行礦山工程測繪，得到所研究區域的三維實景建模分析統計表如表1所示。

表1 研究區域三維實景建模分析統計表

根據表1所示的三維實景建模數據，運用文獻[3]方法、文獻[4]方法和本文方法進行礦山工程測繪技術應用的實際效果，得到不同方法下的測繪準確性對比結果如表2所示。

表2 礦山工程測繪準確性對比情況（%）

分析表2數據可知，本文方法進行礦山工程測繪的準確性較高，普遍在99%以上，明顯高于文獻[3]方法和文獻[4]方法的準確性，這是由于本文在礦山工程測繪中運用智能無人機進行礦山資源數據的采集，智能無人機能夠從多角度進行資源數據勘測，提高了礦區測繪的多面性，從而增強了礦山工程測繪的準確性。由此可見，將智能無人機應用到礦山工程測繪技術中能夠在一定程度上增強測繪效果。

分析數據可知，本文方法進行礦山工程測繪的時間較短，明顯低于文獻[3]方法和文獻[4]方法的測繪時間，甚至比文獻[4]方法的測繪時間少了近兩倍，盡管隨著迭代次數的增加，有不同程度的時間延長，但本文方法下的測繪時間普遍低于17s，由此可見，將智能無人機應用到礦山工程測繪技術中具有一定的時效性，能夠提高礦山工程測繪水平。

4 結束語

通過本文研究智能無人機在礦山工程測繪技術中的應用，通過引入智能無人機技術，提高了礦山工程測繪技術的實際應用能力。通過對礦山工程測繪技術和礦山測繪要求以及智能無人機的應用特點進行分析，說明智能無人機應用于測繪技術中的優越性能；其次，采用智能無人機遙感技術進行礦山數字線數據的提取，并根據數據提取結果，采用三維實景建模技術進行數字高程模型的重建。