無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

楊思旋

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一0一地質(zhì)大隊(duì)，貴州 凱里 556000)

0 引 言

在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和轉(zhuǎn)型的過程中，礦山測量利用無人機(jī)航空攝影的測量技術(shù)對于從業(yè)人員了解礦山整體環(huán)境有著重要的影響。在我國目前的礦山測量中，利用無人機(jī)航空傾斜技術(shù)進(jìn)行礦山的測量工作，有效降低了測量的成本，提升了測量工作的效率，提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，是目前我國社會(huì)中一項(xiàng)重要測量技術(shù)。

1 無人機(jī)的航空測量技術(shù)發(fā)展情況

在攝影的測量技術(shù)發(fā)展過程中，無人機(jī)的航測技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢，無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在低空飛行，并且有著極快的反應(yīng)速度，還可以隨時(shí)進(jìn)行拍攝，相對于傳統(tǒng)測量設(shè)備，無人機(jī)航測有著極強(qiáng)的性價(jià)比。無人機(jī)在進(jìn)行航測的時(shí)候?qū)ΦV山的地形和氣候沒有具體要求，其適應(yīng)性較好，同時(shí)其擁有高精度的快速建模能力等，這就使得無人機(jī)航測技術(shù)在較多領(lǐng)域受到了極大的青睞。在我國的無人機(jī)品牌中，大疆、飛馬以及科衛(wèi)泰等一些品牌的航拍儀器都得到了發(fā)展和進(jìn)步，在性能不斷提高的同時(shí)，尺寸等方面的指標(biāo)也在不斷地精細(xì)和優(yōu)化。高精度和高分辨率的航攝數(shù)據(jù)能滿足需求者對清晰度以及真實(shí)性的要求。尤其是在礦山的測量中，無人機(jī)航拍有著明顯的優(yōu)勢，這主要是在不同的地質(zhì)環(huán)境以及地貌等高差變化較大的情況下，表現(xiàn)出了極佳的適應(yīng)能力，并且還能進(jìn)行三維模型的數(shù)據(jù)分析工作，彌補(bǔ)了人工實(shí)地測量傳統(tǒng)工作模式的弊端，有效地實(shí)現(xiàn)了非接觸性的操作效果。

2 無人機(jī)航測在礦山測量中的應(yīng)用優(yōu)勢

無人機(jī)作為一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其在航空攝影中的測量技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

(1)無人機(jī)的航測技術(shù)，降低了人的勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)的礦山測量工作，需要將大型的測量設(shè)備轉(zhuǎn)移到測量目標(biāo)的現(xiàn)場，但礦山一般地形較為復(fù)雜，交通不便利，地物測量需要人實(shí)地逐點(diǎn)實(shí)測，這就增加了從業(yè)人員的身體負(fù)擔(dān)，增大了工作人員的工作強(qiáng)度，而無人機(jī)航測，采用非接觸式遙感方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，降低了專業(yè)技術(shù)人員的作業(yè)強(qiáng)度。

(2)無人機(jī)的航測技術(shù)提高了礦產(chǎn)的測量效率。其具有高效快速、作業(yè)周期短的特征，在礦山的測量中，利用無人機(jī)的航測技術(shù)可以大大的減少相關(guān)工程消耗，避免人力資源的浪費(fèi)，項(xiàng)目工期減少30 %以上，提高了測量的整體作業(yè)效率。

(3)利用無人機(jī)的航測技術(shù)降低了礦山測量成本。利用無人機(jī)航測就可以減少傳統(tǒng)礦山測量中大型設(shè)備和相應(yīng)人力資源的使用，外業(yè)生產(chǎn)成本費(fèi)降低50 %左右，有效地降低了測量中產(chǎn)生的人力和物力成本。

(4)無人機(jī)航測技術(shù)有較強(qiáng)的靈活性。無人機(jī)是一種小型的測量設(shè)備，便于在礦山測量中進(jìn)行攜帶，在測量中受客觀因素的影響較小，設(shè)備自身就有很強(qiáng)的靈活機(jī)動(dòng)性。

(5)無人機(jī)航測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性較高。無人機(jī)在進(jìn)行航測中是以計(jì)算機(jī)的技術(shù)為基礎(chǔ)，增加了遙感和掃描以及定位等技術(shù)，在實(shí)際的礦山測量中有著較高的分辨率和精準(zhǔn)的定位系統(tǒng)，除提供專業(yè)地形圖外還能提供使用戶易懂、信息豐富、直觀易懂的正射影像及三維模型等產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了礦山地質(zhì)以及地形和地貌等的真實(shí)投影。

(6)無人機(jī)的航測技術(shù)有著較高的安全性。利用無人機(jī)的航測不需要人為的進(jìn)行實(shí)地測量，減少大量外業(yè)工作量，測繪成果主要由內(nèi)業(yè)完成，極大地降低了作業(yè)員外業(yè)安全的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

3 無人機(jī)航測技術(shù)在礦山測量中的具體應(yīng)用

3.1 無人機(jī)航空的攝影測量技術(shù)

通過綜合考察礦區(qū)中的具體情況以及攝影面積和周邊的環(huán)境、氣候等條件，利用飛馬D2000型的無人機(jī)來進(jìn)行攝影測量，這個(gè)機(jī)型的無人機(jī)續(xù)航時(shí)間為1 h，工作人員根據(jù)礦區(qū)進(jìn)行航線的規(guī)劃設(shè)計(jì)。在實(shí)際的航攝中，獲取地面3 cm的分辨率，航拍的傾斜角不超過5°，整體的偏角不超過15°，為無人機(jī)航拍飛行的基本要求。在航拍之后便可以獲得一個(gè)清晰且真實(shí)的礦山航攝數(shù)據(jù)。

3.2 像控點(diǎn)的測量

在無人機(jī)的航測中，像控點(diǎn)的布點(diǎn)以及量測的精度等決定著大比例尺在礦山測量制圖中的精度。像控點(diǎn)的測量主要是采用了連續(xù)的運(yùn)行參考系統(tǒng)CORS，并結(jié)合了RTK進(jìn)行像控點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，之后利用參考站的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)利用高精度以及性能較好的定位設(shè)備，有效的鎖定衛(wèi)星，提高測量的精準(zhǔn)度，促使后續(xù)的坐標(biāo)參數(shù)之間轉(zhuǎn)換可以更加的精準(zhǔn)。然后，通過利用CORS基準(zhǔn)站將數(shù)據(jù)進(jìn)行同步計(jì)算，進(jìn)而可以獲得一個(gè)更加精準(zhǔn)的像控點(diǎn)，滿足之后的數(shù)學(xué)計(jì)算需求。

3.3 空中的三角測量

空中的三角測量主要是依據(jù)野外進(jìn)行實(shí)際測量的極少數(shù)地面控制點(diǎn)，通過在室內(nèi)確定所有影像的外方元素，在進(jìn)行加密之后，需要進(jìn)行相關(guān)的測圖工作，進(jìn)而求得內(nèi)業(yè)的控制點(diǎn)以及高程的坐標(biāo)測量方法。加密點(diǎn)作為內(nèi)業(yè)的控制點(diǎn)，這是攝影測量中的重要環(huán)節(jié)。通過無人機(jī)來開展空中的三角測量可以減少大量的野外控制和測量工作，進(jìn)而提高企業(yè)的工作效益。目前，在全數(shù)字化的攝影測量中，由計(jì)算機(jī)以及數(shù)學(xué)影像的立體觀測并加上適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)即可完成空中的三角測量，并通過影像糾正技術(shù)及影像鑲嵌技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字正射影像生產(chǎn)；通過三維模型重建技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維模型的生產(chǎn)。這種方式有效的減少了測量的工作時(shí)間。

3.4 數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)的采集和內(nèi)業(yè)的成圖

基于實(shí)景三維模型，進(jìn)行地貌和地物要素的采集，按照編碼分層的方式進(jìn)行采集。地貌和地物的要素采集，采取由“內(nèi)業(yè)定位，外業(yè)定性”的方法，內(nèi)業(yè)對在立體上能夠判定，有把握的地物、地貌要素用圖式相應(yīng)符號(hào)直接表示，地物的采集要考慮地物之間的相互關(guān)系(如：道路與橋等地物之間的關(guān)系)，尤其是針對公路，鐵路以及附近相關(guān)的附屬設(shè)施等的采集。針對礦山地形，特別要對洼地、盆地等負(fù)地形的高程數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)要注意礦洞、探槽等地質(zhì)工程點(diǎn)三維坐標(biāo)的準(zhǔn)確標(biāo)定。對遮蓋、隱蔽和影像不清地物(電線走向)和地貌的進(jìn)行標(biāo)注處理，由外業(yè)補(bǔ)調(diào)、補(bǔ)測完成。在外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)采集進(jìn)行之后，就可以開展內(nèi)業(yè)圖形編輯工作，主要工作內(nèi)容是對圖面的美化等工作，具體包括線形編輯、符號(hào)的填充、屬性標(biāo)記、圖廓整飾等內(nèi)容。

3.5 航測新產(chǎn)品實(shí)景三維模型在礦山中的應(yīng)用

實(shí)景三維模型是實(shí)地全貌的真實(shí)反映，可360°角度觀察整個(gè)礦區(qū)全貌與細(xì)部特征以及周邊環(huán)境，在實(shí)景三維模型中導(dǎo)入擬選的礦區(qū)界址線，以及影響范圍線，可到直觀的查看影響區(qū)域的電塔、農(nóng)田、居民點(diǎn)、水庫、交通等狀況，為礦山選址的可行性研判提供真實(shí)的依據(jù)；同時(shí)能快捷的查詢出地物的長度、寬度、高度，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以快捷實(shí)現(xiàn)剖面線三維坐標(biāo)的提取，直接標(biāo)定剖面線的兩端，設(shè)置好采點(diǎn)間距，即可一鍵提取。同時(shí)通過對違法礦區(qū)實(shí)景三維建模，展示非法開采的現(xiàn)狀情況，可以量測開挖的范圍，開挖的土石方量，高清的影像解譯礦石巖性，為執(zhí)法部門依法辦案提供真實(shí)的證據(jù)。

4 結(jié) 語

無人機(jī)的航測技術(shù)有效提高了礦山測量的效率和質(zhì)量，極大地凸顯了無人機(jī)技術(shù)在礦山測量中的優(yōu)勢，是礦山測量發(fā)展中的一項(xiàng)重要的測量技術(shù)應(yīng)用。通過對無人機(jī)與眾多技術(shù)的綜合應(yīng)用，礦山測量的成果類型得到了極大的豐富。由此可見，礦山測量工作需要加大對無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)而不斷推動(dòng)礦山測量水平的發(fā)展和進(jìn)步。