基于數字化制圖技術的礦山地質測繪精準定位系統

李婷婷

（黑龍江省第七地質勘查院，黑龍江 綏化 152000）

數字化制圖技術是指集成信息技術與計算機技術，將其與電子測量技術、圖像繪制技術進行融合，以此種方式，實現將礦山地質圖像清晰地呈現在終端顯示屏幕上，從而輔助礦區地質勘查工作與礦山工程的順利實施，為我國礦產行業的發展與可持續建設提供技術層面支撐。本文將設計一種基于數字化制圖技術的礦山地質測繪精準定位系統，以此種方式，為我國地質探測工程與礦山工程的有序實施提供幫助。

1 硬件設計

為了確保本文設計的礦山地質測繪精準定位系統，可在實際應用中發揮其應有的價值與作用，需要在開展相關工作前，對系統硬件結構進行設計。如圖1所示。

圖1 礦山地質測繪精準定位系統硬件結構

綜合上述圖1可知，本文系統主要由GPS無人機、攝像傳感器、電源、電路等硬件構成，下述將對系統中的GPS無人機的型號與攝像傳感器參數進行詳細描述。具體內容如下。

本文系統應用的GPS無人機為廣州紅鵬企業研發的六旋翼無人機，此無人機的型號為AD1122，此種型號的無人機在實際使用中，通過鋰電池供電，此種供電方式，可以為無人機運行提供可持續的供電[1]。在對AD1122型號的GPS無人機進行性能分析時發現，其最高飛行限度為+1000.0m，在礦區上方飛行時，可控半徑為±1000.0m，整體飛行范圍為1.0×103m～5.0×103m。無人機的正常載重為2.5kg，在正常載重條件下，鋰電池的最高續航時長為30.0min，最大升降速度為±8.0m/s。在礦區內巡航時，平均巡航速度約為15.0m/s，空中懸停精度在水平方向為±3.0m，垂直方向為±2.0m，經過技術開發人員的實際檢測，GPS無人機在飛行過程中，可抵御最高39.0km/h的風速正常飛行（約5.0級風速）。因此，將此種無人機應用到礦山地質測繪精準定位系統的設計中，具有較高的可行性。

在對攝像傳感器進行設計時，可選擇索尼廠家的DSCWX200型號的鏡頭作為傳感設備，此傳感器由5.0個攝像頭構成，每個攝像頭的旋轉角度為120.0°，可在礦山地質勘測中獲取更為全面的地質信息。其中5.0個攝像頭中包含2個直視鏡頭與3個斜側視鏡頭，鏡頭尺寸為14.5mm×8.5mm，支撐2.50μm以上的像元。使用此種攝像頭可以獲得分辨率在5500.0×3700.0的圖像，同時，此傳感器在獲取礦山地質圖像時，可從終端獲取到常規的勘測點三視圖。

考慮到不同攝像頭在獲取圖像信息時，可能出現圖像重疊的現象，因此在實際應用時，通過設計垂直螺旋槳方向的方式，對傳感器的傳感方位進行調整，以此種方式，為礦山地質測繪精準定位相關工作提供幫助。

2 軟件設計

2.1 基于數字化制圖技術構建礦山地質測繪三維模型

在完成本文系統的硬件設計后，使用GPS無人機進行礦山地質信息的獲取，并將獲取的地質圖像進行集成，結合數字化制圖技術在此過程中的應用，構建礦山地質測繪三維模型[2]。

在礦區內，無論是地質勘查工程，或是礦山資源開發工程，均需要在相關工作前，進行礦山地質測繪工作，而測繪工作的內容不僅包括礦山地勢、地貌等基礎信息的獲取，還需要對礦層巖性、地質結構、礦產資源遷移等信息進行針對性獲取。在完成對圖像的拼接后，將圖像上傳到可視化處理端，將所有的礦山地質信息進行集成，考慮到此過程中，可能會出現圖像斑點。

因此，在完成上述相關處理后，利用TIN網格，對模型中的礦山地質圖像進行重建，并修復模型在可視化處理中存在的漏洞，將圖像信息與X-Y-Z三維坐標進行映射處理，得到一個同名像點。按照“像點”坐標，將其與網格進行比對，經過比對后，倘若坐標信息可以完全匹配，證明此時構建的礦山地質測繪三維模型，符合地質測繪工作需求。反之，倘若發現坐標信息存在不匹配的問題，需要再次調用“GIS+RS”技術，按照上文提出的方式，對獲取的遙感圖像進行處理，直到處理后的圖像可滿足坐標配準需求，才可認為完成對三維模型的構建。

2.2 融合礦山地質關鍵信息的測繪點校正與精準定位

在完成對礦山地質關鍵信息的提取后，應明確不同類型的地質信息均會影響到測繪點定位結果，因此，需要再次提取測繪點信息，并明確影響測繪點的影響因子與權重，而此時定位的易發性因子也是影響地質災害發生的關鍵因素。為此，可通過建立關鍵信息之間關聯函數的方式，得到因子的權重值。

在此過程中，首先可構建一個階梯式的層級結構，將定位的測繪點劃分為三個層級，分別為精準目標層、信息獲取準則層與校正層。三個層級需要按照一定的順序進行排序，并按照層級聯系，構建判斷矩陣，使用1.0～10.0的標度法，進行重要性標注，將標注的結果作為判斷矩陣構造結果，使用1/1或1/9進行重要性表示。

3 對比實驗

上文從硬件與軟件兩個方面，對基于數字化制圖技術的礦山地質測繪精準定位系統進行了詳細設計，在完成設計后，為了證明設計的系統可以在投入使用后，為地質工作者提供輔助性作用，設計了如下所示的對比實驗。實驗過程中，選擇基于GIS技術的礦山地質測繪精準定位系統作為對照系統，并選擇某個待開發礦區作為此次實驗的試點區域。礦層由下至上地構成為：基巖層、碳酸鹽層、貝巖層、礦產資源層、細砂層、土層、水層。

在掌握與礦區地質相關的信息后，選定I點、II點、III點、IV點、V點作為礦層測繪點，并使用本文系統與對照系統，對礦山地質測繪點進行精準定位，獲取經過精準匹配后的測繪點信息，以信息的連續性與價值性作為評估系統有效性的依據。實施此次對比實驗，將實驗結果繪制成表格，如下表1所示。

表1 實驗結果

綜合上述實驗結果可知，在經過本文系統對測繪點的定位處理后，所獲取與礦山地質相關的信息，均可以精確到小數點后兩位，相比傳統的系統，本文系統在實際應用中的精度更高，可為礦山工作者，提供更加真實的地質數據，為我國礦山工程的實施提供更大的幫助。

4 結語

目前，我國技術研究單位對于數字化制圖技術的研究已趨近于白熱化階段，盡管與此方面相關的研究成果較多，但將此項技術應用到礦山地質測繪精準定位系統的設計中，仍未有單位涉及。

因此，本文基于數字化制圖技術的應用，對此系統展開設計研究。此次設計從硬件與軟件兩個方面展開工作，硬件包括GPS無人機、攝像傳感器、電源、電路等，在硬件設備的支撐下，構建礦山地質測繪三維模型，校正與精準定位測繪點。并在完成設計后，通過對比實驗的方式，證明了本文設計的系統在實際應用中，可以定位到高精度礦山地質信息。因此，希望通過此次的研究工作，為我國礦山工程的實施提供幫助。