無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用分析

谷珊

摘 要：礦山測(cè)繪是礦山開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，決定著后期礦山利用的科學(xué)性、合理性乃至安全性，因此，做好礦山測(cè)繪工作具有重要意義。但目前，傳統(tǒng)測(cè)繪存在效率低、誤差大等弊端，已經(jīng)難以滿足當(dāng)前礦山測(cè)繪的需求。由此，本文提出將無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用在礦山測(cè)繪中，首先分析了無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，然后探討無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用方法，以期能為相關(guān)工作實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù);礦山測(cè)繪;優(yōu)勢(shì);應(yīng)用

Abstract： Mine surveying and mapping is the basis of mine development， which determines the scientificity， rationality and even safety of mine utilization in the later period. Therefore， it is of great significance to do well in mine surveying and mapping. However， at present， the traditional surveying and mapping has the disadvantages of low efficiency and large error， which has been difficult to meet the current needs of mine surveying and mapping. Therefore， this paper put forward that UAV aerial surveying technology should be used in mine surveying and mapping. Firstly， the advantages of UAV aerial surveying technology were analyzed， and then the application methods of UAV aerial surveying technology in mine surveying and mapping were discussed ，in order to provide reference for relevant work practice.

Keywords： UAV aerial survey technology; mine mapping; advantages; application

就當(dāng)前現(xiàn)實(shí)社會(huì)情況來(lái)看，無(wú)人機(jī)的推廣、應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，如攝像、攝影、快遞配送等領(lǐng)域都已經(jīng)切實(shí)、有效地應(yīng)用了無(wú)人機(jī)，為人們的工作提供了極大便利。就礦山測(cè)繪工作來(lái)說(shuō)，在當(dāng)前也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)的應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提高礦山測(cè)繪成效。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

1.1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)

通過(guò)對(duì)礦山的位置、地形、資源及其利用情況等進(jìn)行實(shí)施勘查和測(cè)量，以獲得相關(guān)數(shù)據(jù)信息是礦山測(cè)繪的主要目的，其意義在于全面掌握礦山資源的基本信息與利用狀況，以此實(shí)現(xiàn)礦山資源的合理配置。但是，傳統(tǒng)的礦山測(cè)繪技術(shù)效率低下，測(cè)量精度也較低，已不能滿足當(dāng)前礦山測(cè)繪的需求。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)航測(cè)應(yīng)用而生。無(wú)人機(jī)航測(cè)以無(wú)人飛行器為載體，通過(guò)利用影像處理、遙感傳感、遙測(cè)遙控、無(wú)人機(jī)操控、數(shù)據(jù)通信及GPS定位等新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、專(zhuān)業(yè)化快速獲取礦山資源、自然環(huán)境、地震災(zāi)區(qū)等信息[1]。

1.2 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.2.1 影像數(shù)據(jù)分辨率高。與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)航測(cè)可以實(shí)現(xiàn)低空飛行，加之其所配影像設(shè)備為高分辨率傳感器，因此所獲影像數(shù)據(jù)分辨率高，可精確至厘米級(jí)。此外，其機(jī)動(dòng)性也非常強(qiáng)，較易對(duì)區(qū)域進(jìn)行反復(fù)測(cè)繪，從而有效保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高影像數(shù)據(jù)的分辨率，以直觀反映礦山的真實(shí)面貌。

1.2.2 測(cè)繪數(shù)據(jù)獲取效率高。傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取周期較長(zhǎng)，而且需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，因此，測(cè)繪效率極低。此外，應(yīng)用傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)也需要進(jìn)行較多的事前準(zhǔn)備工作，測(cè)繪過(guò)程較為煩瑣。而無(wú)人機(jī)測(cè)繪則可以免除許多事前準(zhǔn)備、協(xié)調(diào)工作，也不需要等待特殊的空域申請(qǐng)，只要設(shè)備允許，可以立即起航測(cè)繪，并同步獲得測(cè)繪數(shù)據(jù)，測(cè)繪效率較高[2]。此外，無(wú)人機(jī)航測(cè)也能用于環(huán)境較為惡劣的地區(qū)。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性較強(qiáng)。和人工測(cè)繪相比，無(wú)人機(jī)航測(cè)可以大大減少工作人員的工作量，規(guī)避危險(xiǎn)的工作環(huán)境，提高礦山測(cè)繪的效率[3]。此外，無(wú)人機(jī)航測(cè)的成本較低，適合大范圍推廣?？梢?jiàn)，無(wú)人機(jī)航測(cè)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性較為突出。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用方法

2.1 像控點(diǎn)布設(shè)與相機(jī)檢校

在實(shí)際礦山測(cè)繪中，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，首先需要確定無(wú)人機(jī)的拍攝位置，這一點(diǎn)是非常之關(guān)鍵和重要的，只有科學(xué)、合理地布設(shè)像控點(diǎn)，才可以確保獲得最理想的圖像和數(shù)據(jù)，否則的話可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)繪的質(zhì)量大幅度降低，根本不能得到理想的測(cè)繪效果，且浪費(fèi)時(shí)間、浪費(fèi)資源。為此，我們需要利用高精準(zhǔn)度的衛(wèi)星定位系統(tǒng)對(duì)拍照點(diǎn)位置進(jìn)行確認(rèn)，隨后檢驗(yàn)調(diào)試用于拍攝的全部相機(jī)，確保相機(jī)處于正常工作狀態(tài)[4]。在這些工作完成之后，才可以開(kāi)始進(jìn)行實(shí)際的攝影測(cè)繪。

2.2 無(wú)人機(jī)攝影

在像控點(diǎn)布設(shè)與相機(jī)檢校工作完成之后，我們便可以開(kāi)始進(jìn)行實(shí)際的無(wú)人機(jī)攝影，這是無(wú)人機(jī)測(cè)繪過(guò)程當(dāng)中最為核心和最為實(shí)質(zhì)性的一個(gè)工作環(huán)節(jié)，必須要我們能夠更加嚴(yán)格、科學(xué)、認(rèn)真地做好相關(guān)工作。具體來(lái)說(shuō)，在實(shí)際工作中，需要通過(guò)定位技術(shù)、遙控技術(shù)或是自動(dòng)化技術(shù)，控制無(wú)人機(jī)飛行，在像控點(diǎn)位置對(duì)待測(cè)礦山進(jìn)行反復(fù)多次的拍攝試驗(yàn)，根據(jù)每次的成像清晰度調(diào)整相機(jī)的參數(shù)，直到獲取的影像呈現(xiàn)出最高的清晰度為止[5]。

2.3 正射影像圖制作

正射影像圖的制作，是真正獲取無(wú)人機(jī)拍攝視頻圖像的一個(gè)環(huán)節(jié)，雖然相關(guān)的拍攝與航測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)收集完成，但是如果制作不良的話，最終的效果依然會(huì)不理想，而且可能會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)錯(cuò)誤。在實(shí)際工作中，使用無(wú)人機(jī)拍攝完畢后，采用計(jì)算機(jī)軟件制作正射影像圖，通過(guò)對(duì)大量的方位元素進(jìn)行分析，獲得三維點(diǎn)，然后進(jìn)一步分析航測(cè)圖像。在制作正射影像圖的過(guò)程中，需要小心、謹(jǐn)慎，最大限度地避免正射影像圖出錯(cuò)，從而保證測(cè)量數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

2.4 可視模型制作

在正射影像圖的繪制過(guò)程中可以獲取地形的三維圖像，通過(guò)對(duì)三維圖形進(jìn)行可視化處理，以真實(shí)還原礦山的影像數(shù)據(jù)，使相關(guān)人員直觀地了解拍攝到的地形，并綜合區(qū)域環(huán)境與人文環(huán)境進(jìn)一步分析，便于直觀明了地觀察地表全貌和地形分布特征。

2.5 空三加密計(jì)算

航測(cè)完成之后，可以通過(guò)解析方法獲得相片外方位因素以及加密點(diǎn)坐標(biāo)，校正相片數(shù)據(jù)，確?？蜃鴺?biāo)殘值的絕對(duì)值為0°。同時(shí)，對(duì)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，確保限差無(wú)誤。加密計(jì)算時(shí)，相關(guān)人員還可通過(guò)自檢校的平差手段減少地球曲率及大氣折光對(duì)測(cè)量造成的誤差，最大程度上提高測(cè)量和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.6 外業(yè)測(cè)繪與內(nèi)業(yè)測(cè)圖

在實(shí)際的無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程中，需要確定高度、寬度及方向等基本參數(shù)，使無(wú)人機(jī)測(cè)量的數(shù)據(jù)較為精確。參考測(cè)量地區(qū)像控點(diǎn)的設(shè)置，采用專(zhuān)業(yè)的方法準(zhǔn)確計(jì)算測(cè)圖的高程、平面坐標(biāo)等，如空中三角測(cè)量方法。如果測(cè)圖可能存在較大誤差，就要再次進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。

3 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用實(shí)例

礦區(qū)位于某山體北段山間盆地，屬中山山地。待測(cè)區(qū)域位于礦區(qū)的西北方向，長(zhǎng)4 225m，寬3 677m，面積15.54km2，基本地勢(shì)為南北低、中間高，最低海拔912m，最高海拔1 232m。

3.1 航線設(shè)計(jì)

本次航測(cè)的方向均為由東至西，共設(shè)計(jì)9條航線，旁向與航向重疊度分別大于35%與65%，分辨率18cm，航行高度1 068m。所有航線一共拍攝獲取航片144張，每條航線各16張，采用GPS飛控管理系統(tǒng)，對(duì)曝光點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

3.2 地面控制

按照《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》（GB/T 7931—2008）相關(guān)要求，對(duì)本次航測(cè)的野外像控點(diǎn)進(jìn)行規(guī)范布設(shè)。像控點(diǎn)布設(shè)在無(wú)人機(jī)航向和旁向至少3片或4片重疊的范圍內(nèi)，共布設(shè)平高點(diǎn)39個(gè)，布設(shè)的像控點(diǎn)均為可公用。采用GPS-CORS網(wǎng)，其是通過(guò)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線數(shù)據(jù)播發(fā)網(wǎng)，向各類(lèi)需要測(cè)量和導(dǎo)航的用戶以國(guó)際通用格式提供碼相位/載波相位差分修正信息，可實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的精確點(diǎn)位。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)[4]。

3.3 空三加密

之后，應(yīng)用INPHO軟件實(shí)現(xiàn)空三加密。在整個(gè)測(cè)繪地域范圍內(nèi)，加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)以及影像的外方位元素，都可以借助地面控制點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且地面控制點(diǎn)數(shù)量需求并不多，操作也相對(duì)方便。

3.4 成果精度分析

在對(duì)平差結(jié)果進(jìn)行分析的過(guò)程中，要嚴(yán)格遵守《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》（CH/Z 3003—2010）。在本案例中，無(wú)人機(jī)所搭載的只是普通的數(shù)碼相機(jī)，其相對(duì)航攝高度為1 068m。在進(jìn)行檢校加密糾正后，立體像平面精度可以達(dá)到1∶2 000的標(biāo)準(zhǔn)要求，分辨率相對(duì)較高。不論是衛(wèi)星還是傳統(tǒng)的航測(cè)，都無(wú)法達(dá)到這樣的效果。另外，在本次無(wú)人機(jī)航測(cè)中，所得到的數(shù)據(jù)絕對(duì)滿足與相對(duì)定向及加密中的各項(xiàng)限差要求，雖然判別誤差會(huì)影響平面精度，但對(duì)高程精度不會(huì)產(chǎn)生較大影響。此外，還可以得出，該系統(tǒng)在提升平面成圖精度方面具有較大潛力，通過(guò)適當(dāng)放寬地面分辨率，增大航高，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)還可實(shí)施小比例尺的地形圖測(cè)繪[5-8]。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前的礦山測(cè)繪工作中，應(yīng)合理使用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，發(fā)揮出無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的優(yōu)勢(shì)，提高礦山測(cè)繪工作的質(zhì)量，從而更好地為礦山開(kāi)發(fā)及管理等提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛建華.低空輕型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山地形測(cè)繪中的應(yīng)用探究[J].世界有色金屬，2018（21）：16-18.

[2]郭偉，徐大展，黃國(guó)棟，等.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)及其在土地整治項(xiàng)目中的應(yīng)用探究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017（25）：119-120.

[3]周丹敏，曾家樂(lè).在基層測(cè)繪工作中無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用探析[J].建材與裝飾，2017（51）：216-217.

[4]張琪，賀躍光，肖亮，等.某鋁土礦山大比例尺低空無(wú)人機(jī)航測(cè)3D產(chǎn)品質(zhì)量檢查與應(yīng)用[J].工程建設(shè)，2017（10）：49-53.

[5]王玉龍，王建忠，李錦.無(wú)人機(jī)低空航測(cè)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用[J].礦山測(cè)量，2017（5）：39-42.

[6]杜甘霖，葉茂，劉玉珠，等.露天礦山監(jiān)管中的無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2019（4）：111-114.

[7]陶國(guó)強(qiáng)，鄒自力，鄒時(shí)林，等.無(wú)人機(jī)航測(cè)在礦山地形圖測(cè)繪中的試驗(yàn)與分析[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019（1）：82-85.

[8]張寧寧，顧利紅，董丹丹.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用分析[J].世界有色金屬，2018（15）：229-231.