試析無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監測中的具體運用

礦山儲量監測是指礦山企業按照國家法律法規要求，選擇具備資質條件的地質測量機構開展礦山儲量地質測量，國土資源管理部門綜合運用法律、經濟與必要的行政手段加強礦產開發全程儲量管理的過程。隨著社會經濟的快速發暗戰，社會對礦產資源的需求也不斷增加。然而礦產資源是有限的資源，大量的不合理、無計劃開發會讓礦產資源枯竭速度加快，進而導致生態環境惡化程度加劇，讓子孫后代的生存發展受到嚴重影響。礦山開采在我國尚屬破壞性開采，更需要做好儲量監測與調控

。下面對礦山儲量監測與無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監測中的應用展開詳細分析。

1 礦山儲量監測意義

礦山儲量監測在礦產管理體系中起著重要作用，通過礦山儲量監測，能了解礦產資源儲量，進而動態調整礦產開采計劃，改革創新礦產資源儲量管理體制，實現礦產資源合理開發與有效保護。現代社會對礦產資源的需求巨大，資源開發量也逐年增加，然而在不知儲量情況下的大力開發會導致資源急速枯竭，最終使社會資源危機進一步加重。因此在當前背景下有必要采用先進技術手段對礦產儲量進行監測與管理，為礦產資源的可持續利用條件。

根軌跡法是分析和設計線性控制系統的圖解方法。根軌跡不僅可以指出系統某一參數變化時所有的閉環極點在S平面上的位置和動態性能，而且可以指明開環零極點的變化對系統的影響。

2 無人機航空攝影測量技術

2.1 無人機航空攝影測量原理

無人機航空攝影測量是指通過輕型無人機搭載高分辨率數字彩色航攝像機獲取區域影像數據，利用GPS在測區布設像控點，在數字攝影測量工作站進行作業，獲取地理信息數據等所需信息。

2.2 無人機航空攝影測量系統構成

無人機航空攝影測量系統由硬件系統與軟件系統兩大部分構成，硬件系統包括無人機，激光掃描儀、高性能數字航攝儀、紅外掃描儀等機載遙感設備。軟件系統由航線設計軟件、數據處理軟件等構成。軟件系統中的航線設計軟件在整個系統中發揮著重要作用，無人機航空攝影測量的方向與精度主要由該軟件決定。在進行無人機航空攝影測量時，需利用航線設計軟件，根據待測區的地形地貌，測量隊伍所需的地面分辨率、數據精度及重疊度等計算出最佳的航高與基線長度，航線間隔數等關鍵數據

。如果對無人機航空攝影測量系統細分，可將整個系統分為飛行控制系統、地面監控系統、數據傳輸系統、地面保障系統等幾大部分。

（1）飛行控制系統。飛行控制系統中，飛行平臺、通訊設備是重要構成。在該系統中，無人機是最關鍵的飛行平臺，無人機起著搭載攝影測量設備的重要責任。借助無人機平臺進行航空攝影測量時，主要通過GPS給無人機定位，通過IMU系統獲取陀螺儀、加速度等各平臺的姿態參數，采用GPS與IMU結合算法計算無人機的飛行高度、飛行速率、橫滾及俯仰等數據。無人機飛行控制系統以中央處理器為核心，中央處理器根據無人機飛行航線計算出偏移規律，控制飛機依據事先設計的航線，定點曝光飛行。

（1）構建無人機航空攝影控制體系。為提高無人機航空攝影測量礦山儲量的可行性，為提高無人機航空攝影測量精度，在正式航測前，需根據技術特點與礦山特征，結合具體的航測要求構建無人機航空攝影測量控制體系，為后續各項航測工作打好基礎。在礦山儲量動態監測中，無人機是核心設備，因此所構建的航測控制體系應包括機載自主控制與地面遙控這兩大部分。應用無人機航空攝影測量技術監測礦山儲量時，由地面工作人員控制無人機升空過程，在無人機到達預定高度后，開始由無人機自主控制平臺對無人機的航向、航高及航速等進行控制。在具體的攝影測量過程中，人工控制與平臺控制兩種控制方法視實際情況靈活運用

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（3）數據傳輸系統。無人機航空攝影技術中的數據傳輸系統由空中數據傳輸與地面數據傳輸兩部分組成?？罩袛祿鬏斉c地面數據傳輸均通過數字傳輸電臺、數據接口及傳輸天線等基礎設施實現數據與信息的傳遞。

（4）地面保障系統。地面保障系統通常由運輸保障設備與航空攝影保障設備兩部分構成。航空攝影保障設備主要保障無人機進行航空攝影作業時所需的儀器設備；運輸保障設備主要指包裝儀器部件及無人機航空拍攝系統的運輸箱。

（3）測量精度高。無人機不僅體積小，操作靈活方便，以無人機為基礎的無人機航空攝影測量技術還具備測量精度高，測量結果時效性強等優點，運用無人機航空攝影測量技術獲得的結果，其真實性、準確性與可靠性有所保障。無人機航空攝影測量技術可根據調查業務需要的影像分辨率設定飛行高度，所以測得的影像分辨率足以滿足精度需求，能夠達到質量標準

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3 無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監測中的應用優勢

（1）機動靈活。無人機體積小，靈活度高，攜帶與運輸的難度不高。無人機搭載的攝影測量設備能在短時間內達到測量地點，能大大提高作業效率。無人機航空攝影測量是在高空作業，因此受到地形、地貌等的影響小，另外，由于無人機體積小，所以飛機起飛時不需要專業的機場跑道，在草地、空地等多種地理環境中，無人機均能快速、平穩起飛

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2.3 做好動物疾病檢查針對在動物養殖過程中可能會出現的諸多類疾病，事先做出相關的檢疫制度，并通過嚴格遵循檢疫制度進行日常操作，定期對動物進行疾病的檢查，做好消毒處理，對動物予以相應的疫苗注射，從根本上提高動物抗疾病能力；做好對進出程序的嚴格規范，避免在動物進出過程中感染疾??；尤其是在疾病多發季節，加強動物檢疫力度，做好疾病檢查工作。

例如我們在“氧氣的實驗室制取”實驗中，為學生根據具體的化學知識，進行了實驗可行性分析，沒有直接教授學生“氧氣的實驗室制取”方法，而是組織學生進行集體討論，我作為討論的參與者幫助學生自主研究實驗方法。之后我為學生介紹了安全注意事項，組織學生利用自主探究的方式，完成“氧氣的實驗室制取”實驗。學生們通過自主探究，利用高錳酸鉀制氧、過氧化氫制氧、氯酸鉀制氧等多種方法，有效地完成了實驗任務，使學生在自主探究的過程中，有效發展了探究意識與創新思維。

第二天上午趕到茶場的時候，鎮長村長目瞪口呆。只見原來那棟破屋的地基上，已經聳起一人高的磚墻，周圍堆滿了水泥、紅磚、木料、預制板、還有幾輛汽車、翻斗車，十幾個工人正在那里敲敲打打砌磚。

4 無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監測中的具體運用

（2）地面監控系統。在地面監控系統中，航線設計軟件是核心。操控無人機進入待測區域進行攝影與測量前，先利用航線設計軟件科學設計出無人機飛行航線，然后操控無人機按照預定航線平穩飛行。在無人機按照預設航線飛行的過程中，地面監控系統會顯示出無人機飛行姿態、飛行高度及飛行速率、無人機所在地的氣象情況等，系統會對無人機飛行期間產生的各項數據與參數進行自動記錄與存儲，工作人員根據這些數據對調控無人機

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控制無人機的機載自主控制平臺應當由以下幾部分構成：數據處理計算機、飛機狀態感知傳感器與無線電遙控收發裝置。只有上述構造健全，自主控制平臺才能在無人機飛行過程中發揮作用，實現對無人飛行器的科學操控。在無人機航空攝影控制體系中，要根據具體的控制需求設計無電線遙測模塊，由該模塊對攝影設備的運行狀態與無人機運行狀態進行傳送，以便工作人員及時發現設備異常并作出處理。無線電遙測模塊應有圖像顯示與數據處理功能，有實時顯示無人機方位、距離及航向、機上電源狀態的功能。

（2）測量效率高。無人機航空攝影測量對外部條件的要求低，無人機的續航時間也相對較長，在設備等相對充足的情況下，一天可飛行多個架次，能夠大大縮短測量時間，提高測量效率。飛行器搭載攝影機飛行測量過程中，攝影機就能實時、動態以及全方位的采集地物信息，之后通過相應的信息處理軟件將地物外形、位置、高度、占地面積等真實、客觀地反映出來。數據采集流程得到精簡，效率得以提升。在傳統地質勘查工作當中，往往會采用高分辨率衛星遙感數據，但是難以保障時效性。而采用航測法地籍測繪技術，可以在短時間內獲取航測區域的信息，確保數據的時效性，真正為后期處理作業提供依據。

在信息化教學的發展過程中，教師要具備一定的監控能力，確保教學活動的有效開展，通過準確的評價以此來得到合理的反饋，實現對教學活動的調節。在微課模式下要運用好教學活動，幫助學生掌握好重點知識。通過運用好微課技術，能夠借助信息化的數據來掌握學生的實際學習情況，同時也可以在信息化分析的基礎上來對教學效果進行評價。

（3）設計礦山儲量動態監測平臺。在運用無人機航空攝影測量技術開展礦山儲量監測時，主要是借助無人機與監測平臺獲得相關影像數據，為礦山開采方案、儲量管理方案等的制定與調整提供參考依據。監測平臺在整個航攝作業中發揮著重要作用，為保證最終監測結果的準確性與可靠性，監測方需根據礦山實際情況科學設計資源儲量動態監測平臺，為不同的礦山選定不同的監測方式，而后通過攝影測量得到礦山儲量報表。礦山儲量報表應是基于無人機航空攝影測量所得的動態數據生成。

我們再對故意無視維度(Q13～Q15)和默認補償維度(Q16～Q18)分別進行因子分析，其KMO值和Bartlett的球形度檢驗Sig.值分別為0.635和0.000，0.643和0.000，說明這兩個維度在一定程度上能夠分別作為因子來反映旅游者的故意無視與默認補償行為(如表2所示)。

航拍網點的有效設置，也是保障航測質量的關鍵，因此應該在明確航拍區域的基礎上，根據礦山儲量監測的要求，科學設置航拍網點，增強航測過程的規范性及專業性。工作人員需要明確現場的實際狀況，以此為依據確定航拍網點的數量及布局情況，防止在獲取數據時出現遺漏的情況。設置航拍網點時應該考慮到現場狀況對航拍工作的影響，如天氣、風力及地形地貌等等，進而保證數據的精確性

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（2）設定礦山監測點與航拍網點。在運用無人機航空攝影測量技術開展礦產儲量監測時，需準確設定礦山監測點，只有監測點的位置與數量準確、合理，最終的監測結果才會真實可靠。由于監測對象是礦山儲能情況，所以在布點時可采用人工布點的方法來保證布點的精度。布點時，用色塊形式體現監測點。劃定一個正方形的監測區域，將監測區域劃分為四份，將任意對邊的兩份確定為白色，其余兩份設定為黑色，準確劃分與標記出監測點。布點時，因礦山地質較為復雜，地表的穩定性低，所以不能將標識點隨意放置在地面上，要用規則的鋼筋水泥柱做好標記，以便于確認與監測。

（4）無人機航拍攝影測量。無人機航拍攝影測測量按以下流程進行：航線設計、外業數據采集、數據處理及精度分析。測量時，使用海達ARS-100等型號無人機載三維激光雷達采集礦山儲量數據。設計航線間距為200m，航高在100m～200m高度范圍內，掃描角度≤300，航向重疊度與旁向重疊度分別為60%～70%、50%～60%，無人機航行速度不大于50km/h、不小于40km/h，掃描測量時采用Z字形線掃描方式。在操作無人機航測之前，先完成測繪區礦山地形圖等資料的收集整理工作，以真實資料為基礎，運用Google Earth數據建立地形三維模型，將無人機航線、航速、行高等數據確定下來，并定好無人機起降位置，確定采集點密度參數要求與航向重疊度、旁向重疊度。正式測繪前，組織專人進入測繪區完成實地踏勘工作，初步獲得測繪區地形地貌等基礎信息。在完成上述信息調查的基礎上，將GPS基準站架設在相應位置，對機載動態全球定位接受機測定的三維坐標進行誤差校正。正式測繪前對當地氣候特征等、空氣狀況等做簡單了解，關注這一時間段內的天氣狀況，將航測作業選擇晴朗無風或微風的天氣進行，避免惡劣天氣對點云測量精度產生影響

。無人機航拍攝影測量進行過程中，對無人機航行姿態、航高、航速等進行動態監測與調整，同時工作人員也需根據測區實際的天氣情況與地形條件適時調整到無人機飛行參數，確保能獲得最準確、最詳細、最可靠的測量數據。

（5）測量數據處理。在整個無人機航拍攝影測量工作中，數據處理是重中之重，數據處理質量直接關系到最終的測量結果，進而影響礦產儲量的監測與管控。數據處理通常需進行以下步驟：數據預處理、點云數據濾波、異常點濾波及分類提取。開展數據預處理時，將機載點云原二進制數據轉換為標準格式，對點云數據的三維坐標基于地面基準點三維坐標進行定向校準，最后拼接航道數據并糾正重疊帶高程。在運用無人機航拍攝影測量時，必須處理好點云數據濾波，只有做好這一步，才能順利構建起數字高程模型，然后完成后續的特征提取、地形重建等工作。處理點云數據濾波時，按照從小到大的順序，采用漸進式方法有序處理，將數據中有用部分保留下來，為后續監測打好基礎。對異常點數據進行濾波處理時，首先以地形圖高程數據為基礎，將各區塊高程差閾值與高程閾值建立起來，詳細篩查點云高程數據的異常點，完成該部分數據處理任務。篩查點云高程數據異常點時，借助Cloud Compare點云處理軟件插件將分割后的每一區塊數據設置閾值，最后實現數據處理目標。提取地物分類時，第一步是利用漸進三角網濾波算法對地面點與非地面點進行分離；第二步是設計測區內有關目標物的高程閾值，對其進行分離；第三步是運用數學形態算法準確提取出相應目標物。結束這一步驟后，于CASS地形地籍成圖軟件中導入點云三維空間數據

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5 無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監測中應用實例

國內某礦山位于東經86° 19′16″ ～86° 21′2″，北緯41°30′6″～41°31′24″。該礦為露天建筑用砂礦，礦區面積0.471km

，年生產規模1.8萬m

，開采標高920m～900.7m。

（1）無人機航拍攝影測量。運用無人機航拍攝影測量技術監測礦產儲量。航測時，采用小型無人機，無人機飛行航線設置為交叉航線，相機拍攝的原片保持航帶內、航帶間80%、60%重疊，由無人機搭載拍攝像機拍攝礦區，拍攝得到的真彩色相片分辨率保持在0.06m左右。運用無人機航拍攝影測量時，對控制測量部分采用野外鋪地標點的方式進行。為保證測量精度，將地標點直徑設置為1m。航測時，劃定航測區域，并在航測區域的中央及四周共布置5個控制點，這樣既可提升測量精度，又能減少野外作業，提高無人機航拍攝影測量效率。運用無人機搭載相機航測時，通過光束法空中三角測量進行，測量所得的控制測量結果由外業提供，定向點的高程值與平面坐標由內業解算。完成空三加密后，以空三加密結果為基礎，對點云進行密集匹配處理，處理后生成測區0.3網格間距的三維點云文件。三維點云文件生成后，以點云文件為基礎生成測區1：1000的DEM。之后，結合DEM與外方位元素，對每個像對逐一地進行數字微分糾正處理，通過處理后得到DOM。然后對不同像對的DOM經鑲嵌、圖廓裁切、色彩平衡處理與圖廓整飾后，得到測繪區的1：1000DOM。運用無人機航拍攝影測量技術對該礦產儲量情況進行監測時，最重要的一項步驟還是DEM與DOM質量檢查步驟。工作人員在將DEM與DOM用于礦山儲量動態監測前，要采用系統化的方法對兩者精度做詳細檢查，確保生成的DOM與DEM完全達到精度要求，具有一定的參考價值與應用價值。具體的檢查方法是，在測區內，隨機布設幾個野外檢查點，利用野外檢查點檢查無人機生成的數據質量。若經檢查發現DEM與DOM數據精度誤差小于限差，則確定數據可用。

（2）無人機數據礦山動用儲量監測。本次監測項目中的礦坑邊緣清晰，具有廣泛的代表性，可以用無人機航拍攝影測量數據分析或監測其儲量。在對礦山實施開采之前，礦坑地形近似一個平面，所以在基于無人機航拍攝影所得數據計算礦山儲量時，先假定兩個礦坑的上底面為礦坑邊緣測量高程點的均值。然后，將由無人機航拍攝影測量所得的DEM與DOM數據作為無人機礦產監測的下底面。確定好上底面與下底面數據后，運用ArcGIS Desktop分別創建分辨率、高程與柵格圖層，創建結束后，將其使用礦坑便捷進行裁剪，裁剪為與下底面一致的區域作為計算的上底面。運用ArcGIS Desktop的柵格代數運算器將上底面減去下底面，計算出下底面與上頂面的差值。對差值面的各項參數，使用ArcGIS Desktop的柵格區域統計工具進行統計，得到所需要的數據。

6 結語

綜上所述，無人機航拍攝影測量技術機動靈活，受外部條件的制約少，測量精度與測量質量均有保證，十分適用于礦山儲量監測工作。在運用無人機航拍攝影測量技術監測礦山儲量時，要掌握技術特征特點，并結合礦產實際情況科學設計航線、航高、航速等關鍵參數，并設置好監測點位，處理與運用好監測數據，將無人機航拍攝影測量技術的作用與優勢充分發揮出來。

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