礦山儲量動態監測中無人機攝影測量技術應用分析

莊宏坤

（中國建筑材料工業地質勘查中心四川總隊，四川 成都 610052）

當前社會上對于礦產資源的需求量不斷提高，在滿足礦產資源需求時不能一味的對礦產資源進行開發，應當制定科學的開發計劃，避免礦產資源頻繁出現枯竭的現象，對于未來社會的持續發展有著不利影響。礦山儲量監測是了解礦產資源總量的重要方式，為了能夠更加直接的了解儲量變化情況，開始選擇動態化監測手段，無人機攝影測量技術則是較為常用的一種監測技術，可以在短時間內獲取監測數據，提高監測精度，對于礦產企業生產經營模式的調整有著積極影響。相關人員需要正確認識無人機攝影測量技術的特點以及礦山儲量動態監測要求，將該種測繪技術能夠有機融入到礦產儲量動態監測活動中。

1 無人機攝影測量技術

無人機是當前各個行業均廣泛應用的一種飛行裝備，在信息技術的影響下其應用范圍擴大，在工程建設領域﹑采油領域﹑消防領域﹑農業生產領域取得了較好的應用效果。無人機操作較為靈活，能實現遠程操控，并且具備智能化的優勢，能夠對所獲取的數據行智能處理。通過將無人機技術和攝影測量技術進行融合形成了無人機攝影測量系統，在歷史學領域以及考古學領域應用廣泛，能夠針對大量的攝影測量數據進行自動處理，在完成計算后得出測量結果。目前在礦山儲量動態監測活動中也開始運用這一技術，該技術主要包括綜合測量法﹑全方位測量法以及劃分測量法，不同測量方法的特點有所不同[1]。綜合測量法在土地調查過程中應用較多，全方位測量法適宜在山區數據測量中應用，劃分測量法則可以選擇在丘陵區域進行應用，需要相關人員能夠結合具體的測量要求以及地形特點選擇監測方式。

2 無人機攝影測量技術應用價值和優勢

2.1 應用價值

礦山儲量動態監測作業的開展難度較大，需要利用較為專業的理論以及技術，特別是礦山所在區域偏僻，地形復雜，所需要面臨的工作環境較為惡劣，使得監測活動的難度進一步增加。傳統的礦山儲量動態監測作業需要投入較多的資源，包括人力資源﹑物力資源以及財力資源，所需要消耗的時間也較長，難以及時獲取礦山儲量變化數據，無法取得預期的監測效果，也給后續礦產資源的合理開發帶來了不利影響。通過無人機攝影測量技術的應用可以以無人機作為基礎，針對礦區的各個角落實施大面積測量，擴大了測量范圍，減少了測量所需要的時間，提高了監測活動的開展效率。無人機攝影測量技術利用空中作業的方式進行測量，減少了地形給測量活動帶來的影響，能夠忽略地勢復雜因素的不利因素，減輕了礦山動態儲量的監測難度。無人機帶有數碼相機，隨著信息技術的不斷發展，數碼相機的分辨率持續提高，利用高分辨率的相機能夠及時獲取測量區域內的圖像數據，獲得更加清晰的數據圖像，避免在人為監測過程中出現數據誤差。數碼相機所拍攝的圖片可以上傳到系統中，作為后續礦山開采活動所依據的數據。無人機攝影測量技術所需要投入的成本較少，需要針對無人機及其佩戴的裝置設備進行改善即可，在物力資源﹑時間成本以及人力資源方面投入較少，能夠有效提高監測效益，避免出現資源浪費的現象。無人機攝影測量技術在使用的過程中只需要針對天氣進行預測，盡可能避開存在氣象災害隱患的天氣即可，使用不受限制，具有較高的應用價值，能夠滿足現階段礦山儲量動態監測需求[2]。

2.2 應用優勢

從技術角度來講無人機攝影測量技術具有較強的應用優勢，具有技術可行性，主要表現在測量精度以及后續數據計算兩個方面。第一，通過無人機攝影測量技術所獲取的數據精度水平較高。在以往的測量作業模式下，在針對礦山儲量進行動態監測時所獲取的數值為真值，在具體的測量作業過程中，利用傳統測量作業所獲取的結果減去無人機攝影測量技術所獲得的結果得出偏差值，之后利用偏差量和傳統測量結果進行相除，能夠得出在礦山儲量的動態監測過程中所存在的相對誤差。在測量過程中如果發現礦坑內出現堆積的現象，則以往的監測手段會通過計算規則椎體的方式進行分析，可以針對礦坑外部表面位置進行完整擬合處理，之后對分辨率進行有效控制。通過0.1米的分辨率可以及時形成DEM，能夠針對礦坑進行更加精準的測量，可以為礦山儲量動態監測活動的開展提供重要保障[3]。

第二，通過無人機攝影測量技術能夠有效提高計算效率。計算效率是該技術較為特殊的一項優勢，可以在短時間內針對大量數據進行分析，例如，如果需要針對某個礦區實施儲量動態監測，以往的人工監測模式需要通過42小時才可以完成工程測量作業，而利用新型的無人機攝影測量手段只需要16個小時即可完成監測作業。在具體的技術應用過程中需要先明確像素點，要求像素點的數量在5個或者5個以上，之后使用數碼相機對礦區實施監測測量，利用測量過程中的照片進行分析，提取監測數據。在對其數據實施處理后將其制作成為DOM﹑DEM，可以滿足后續的礦區監測需求，為相關企業生產活動的開展提供重要的數據支持。

由此可見，在礦山儲量動態監測活動中新型技術的應用是具有極強可行性的，應用優勢較為突出，充分發揮了無人機靈活的功能特點，獲取高分辨率的相片，可以在今后的動態監測過程中進行應用。

3 礦山儲量動態監測中無人機攝影測量技術應用要點

礦山儲量動態監測作業所需要經歷一系列的流程，在無人機攝影測量技術應用過程中應當遵循技術應用要點，這樣才能夠充分發揮技術的效果，提升監測質量。當前個別工作人員認為無人機攝影測量技術只是需移動無人機拍攝照片即可，在具體的監測過程中缺少監測重點，對于要求較多的環節沒有進行要點把控，使得無人機攝影測量技術的優勢未能完全發揮[4]。下文從4個角度出發對應用要點進行了分析，以期能夠為無人機攝影測量技術應用提供參考。

3.1 對整體環境實施監測

在進行監測測量時需要對礦山環境進行分析，這是影響動態監測效果的主要因素，可以更好的把握礦山儲量所產生的動態變化特點，對于后續礦山管理策略的制定有著重要意義。在礦區需要對礦產資源進行合理開采，當完成開采作業并將其運出之后土體結構會受到影響，其完整性被破壞，這也會使得礦區內部出現較為顯著的應力變化問題。如果沒有及時對這一變化進行監測和分析，很有可能會增加后續開采作業的難度引發安全問題。例如在礦山開采活動中出現了開采區陷落的現象，給礦產資源開采活動的開展帶來了一定的阻礙，并且監測時所需要面臨的環境復雜程度較高，也使得工作阻力有所上升。在使用無人機攝影測量技術時應當針對礦山的整體情況實施全面檢查，對無人機的飛行起點以及終點進行明確，優化無人機航線設計，保證其可以對礦山整體進行巡查，了解礦山整體環境在開采過程中所產生的變化，為礦山儲量動態化監測數據的分析提供基礎保障[5]。

3.2 精準獲取動態變化數據

在礦山儲量動態監測活動中變化數據的獲取質量是極其關鍵的，高質量的數據能夠有效提高監測效果，保證后續數據分析的準確性。無人機攝影測量技術能夠從高空對當地的地形地貌進行整體檢查，獲取真實直觀的地貌資料，讓相關人員可以了解礦區開采的具體情況，通過對所獲取的地形地貌信息進行處理可以形成礦區三維模型，以立體的方式向相關人員展示礦區的目前情況，相關工作人員可以通過三維模型調整的方式對動態變化情況進行分析。在測量作業中需要先做好像控點設置活動，在設置時需要先保證像控點的數量能夠滿足測量需求，同時還需要從平面點以及平高點兩個角度出發，對其布設計劃進行調整。在布設的過程中可以使用RTK技術或者CORS技術，能夠提高后期數據處理和管理效率。RTK技術為載波相位差分技術，可以同時針對兩個測量載波相位進行有效測量，具有實時性的特點，在工程測量過程中擁有較大優勢。在具體的測量過程中會將基準站所收集的數據發送給接收設備，通過求差的方式計算坐標，是當前市政工程測量過程中經常選擇的衛星定位測量手段。如圖1所示，即為礦山儲量動態監測流程[6]。

圖1 礦山儲量動態監測流程

在明確像控點位置之后，為了能夠提升測量質量，需要對航空拍攝計劃進行調整和規劃，一般情況下可以選擇中海達iFly D1 pro四旋翼無人機航攝遙感系統。該無人機0.9≤軸距≤1m，標準載荷≥2kg，同時支持RTK/PPK差分定位，定位精度平面±2.5cm+1ppm，高程±5mm+1ppm，巡航速度12m/s，最大速度15m/s，續航時間≥60min，支持.kml﹑.kmz文件直接生成航線，當任務完成后，可于屏幕上查看飛行過程及數據。在進行測量作業時需要關注控制地點直徑，如果直徑為1m，需要明確測量中心點，以此為基礎在四周布設控制點位。重視對光束法進行合理應用，光束法區域網平差是以一幅影像所組成的一束光線作為平差的基本單元，以中心投影的共線方程作為平差的基礎方程。通過各個光線束在空間的旋轉和平移，使模型之間的公共點的光線實現最佳的交會并使整個區域最佳地納入到已知的控制點坐標系中去。通過各種方式能夠完成三角測量要求，在測量完畢后需要根據空三加密結果形成DEM和DOM，能夠針對平面坐標進行結算，為后續中高程數值的明確提供數據支持[7]。

3.3 動態監測數據內業處理

內業處理屬于該技術應用的關鍵，可以對所獲取的數據進行有效利用，充分發揮數據的價值和功能。在具體的處理活動中需要對設備曝光攝影時所處的坐標數據進行收集，獲取瞬間三維坐標之后結合GPS技術明確坐標所在位置，能夠明確無人機所在位置，了解在該位置的礦山情況。對無人機飛行過程中的姿態參數進行分析和參考，以此為基礎利用云計算系統完成空三解算處理，并對圖形的色彩進行適當處理。在處理圖形色彩時應保證處理方式的規范化，使用矢量化自動成圖軟件進行處理，能夠提升圖像之間銜接的合理性，還可以保證圖像色彩處于統一的狀態。在完成處理后對其進行整合能夠獲取測量區域的地形圖紙。在無人機攝影測量技術應用過程中，無人機的飛行狀態會給圖形的攝影帶來一定影響，從而給最終的成圖精度帶來影響，因此在后期分析時需要對這一因素進行參考。除此之外，還需要做好畸變數據的處理，對其進行糾正，一般情況下可以選擇正射糾正法進行處理，能夠對圖像點位之間存在的位移偏差問題進行有效處理。在計算過程中，將像底點到達像點基線長和起幅高層進行相乘，之后除以無人機此時的飛行高度。通過對位移偏差進行有序計算能夠為無人機設備的飛行和運作提供有效指導，從而提高監測結果處理的合理性[8]。

3.4 礦坑上下底面監測

在進行礦山儲量動態監測過程中需要關注上下兩個底面的監測，這兩個環節屬于監測作業的關鍵。在上底面監測作業過程中，需要對原始地貌進行仔細分析，以此為基礎研究了解礦區地貌所處的自然狀態，為了能夠保證監測的有序性，可以將上底面作為平面。在監測時需要對礦坑邊緣測量高程點均值進行準確計算。在下底面監測過程中，需要利用計算設備針對礦產資源儲量實施計算，利用上下底面相減后所得的數值即可了解差值情況。在進行礦產資源儲備總量的評估過程中，需要結合采坑面積因素﹑采深因素進行綜合分析，以1∶1000的標準對圖片中的內容展開分析[9]。

4 結語

礦產資源主要是由于地質成礦作用而形成的資源類型，以固態﹑液態或者氣態的形式存儲，包括能源礦產﹑金屬礦產﹑水氣礦產以及非金屬礦產多個類型，在我國各個領域有著廣泛的應用。礦產資源供應和需求的矛盾問題，需要重視對礦山儲量監測作業模式進行調整，為礦產資源的合理開發提供重要保障。在應用無人機攝影測量技術時應當對整體環境實施監測，精準獲取動態變化數據，做好動態監測數據內業處理，對礦坑上下底面進行監測，充分發揮無人機攝影測量技術的應用優勢和價值。在未來的社會發展過程中礦產資源供需矛盾將會進一步加劇，應當不斷對測量手段進行創新，提高動態監測質量。