無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用研究

祖立慶 方成成

摘 要： 隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，眾多高新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)作為其中之一，具備了機(jī)動(dòng)靈活、高測(cè)量效率及質(zhì)量等諸多方面的優(yōu)勢(shì)。將其應(yīng)用于露天礦山測(cè)繪與開(kāi)采監(jiān)測(cè)工作當(dāng)中，能夠有效的改善傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)所存在的不足，進(jìn)而在降低工作量及工作強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)露天礦山現(xiàn)測(cè)繪與開(kāi)采監(jiān)測(cè)工作效率的提升。基于此，本文首先概述了無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在露天礦山中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì);其次分析了露天礦山中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的具體應(yīng)用;最后探討了三、無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在露天礦山中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 無(wú)人機(jī);攝影測(cè)量技術(shù);礦山測(cè)量;應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】P231 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.25.044

引言：通過(guò)對(duì)礦山的位置、地形、資源及其利用情況和開(kāi)采影響等進(jìn)行實(shí)地勘查和測(cè)量，以獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息和資源是礦山測(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、利用情況、開(kāi)采影響、環(huán)境影響等，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山資源的合理配置和環(huán)境保護(hù)。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量是將無(wú)人機(jī)技術(shù)運(yùn)用于測(cè)繪領(lǐng)域而產(chǎn)生的新方向，是新型測(cè)繪技術(shù)與航空平臺(tái)技術(shù)、信息技術(shù)的高度集成，是對(duì)傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感測(cè)繪和有人機(jī)航空測(cè)繪的有效補(bǔ)充。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱靈活、使用成本低、反應(yīng)快速的特點(diǎn)，可以靈活、快速地獲取到高分辨率、大比例尺和高現(xiàn)勢(shì)性的遙感影像?；跓o(wú)人機(jī)小、巧、靈的特點(diǎn)，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，而隨著無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)獲取和處理技術(shù)的提高，其數(shù)據(jù)和產(chǎn)品精度也越來(lái)越高，這使得無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量已經(jīng)成為與傳統(tǒng)測(cè)量方式一樣重要的數(shù)據(jù)獲取手段，逐步在傳統(tǒng)測(cè)繪領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如大比例尺規(guī)模化測(cè)繪、4D產(chǎn)品生產(chǎn)、三維建模、土地利用調(diào)查、礦山測(cè)量、海岸地形測(cè)量、土地整治、地籍測(cè)量、大型工程建設(shè)等方面，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)已顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的項(xiàng)目意義

許多礦山的地理位置不佳，通常處于深溝險(xiǎn)壑之中，且礦山分布較為零散，不成片。礦區(qū)常常環(huán)境惡劣，自然條件較差，使得對(duì)礦區(qū)的監(jiān)測(cè)十分困難，采用傳統(tǒng)手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)比較艱難，且監(jiān)測(cè)的時(shí)間比較久，隨著不斷地開(kāi)采使得對(duì)礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)更加困難。為了適應(yīng)新時(shí)期下礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)要求，無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)開(kāi)始被使用。無(wú)人機(jī)輕巧靈動(dòng)的特性能夠最大程度地突破地形限制，對(duì)礦山進(jìn)行全方位拍攝測(cè)量，極大地降低了人力成本。只要天氣好，無(wú)人機(jī)便可以在高空飛行，運(yùn)用自身搭載的攝像系統(tǒng)及設(shè)備對(duì)整個(gè)礦區(qū)進(jìn)行探測(cè)。與傳統(tǒng)礦山信息采集探測(cè)方式相比，無(wú)人機(jī)采集探測(cè)時(shí)所消耗的采集成本較低，具有較高性?xún)r(jià)比，適合推廣。

2 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用研究

2.1 數(shù)據(jù)處理與質(zhì)檢分析

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在應(yīng)用下，則需要從數(shù)據(jù)信息處理以及畸變數(shù)據(jù)修正等方面進(jìn)行綜合控制，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息處理過(guò)程中，則需要以數(shù)字空三加密的方式，對(duì)野外測(cè)定的高程點(diǎn)、平面點(diǎn)等方面審核以及加密處理，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的進(jìn)一步提升。在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理與控制，則利用平差計(jì)算的方式，對(duì)區(qū)域網(wǎng)平差方面進(jìn)行計(jì)算與分析。完成空三加密下，則可以通過(guò)智能匹配的方式，生成三維點(diǎn)云文件，在信息濾波處理的前提下，則可以通過(guò)數(shù)據(jù)修正、色彩平衡處理、圖廓裁切等方面進(jìn)行控制。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，航攝影像細(xì)節(jié)比較清晰，具有一定的層次感，并沒(méi)有明顯模糊、重影、錯(cuò)位等情況，其整個(gè)范圍可以覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，有效的反映礦山的實(shí)際開(kāi)采情況。在進(jìn)行礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，則需要利用DEM、DOM進(jìn)行處理，并進(jìn)行精度檢核，以此提高無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。在對(duì)檢查點(diǎn)進(jìn)行布置與處理中，按照均勻分布、覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)的方式進(jìn)行篩選與測(cè)量，在對(duì)平面與高程檢查點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用水平提升。DOM平面位置精度檢查過(guò)程中，則采取野外實(shí)測(cè)的方式，將檢查點(diǎn)的平面位置坐標(biāo)（Xi，Yi）輸入到計(jì)算機(jī)，并在DOM上提取鏡像坐標(biāo)點(diǎn)，針對(duì)平面位置中的誤差進(jìn)行計(jì)算與分析。在進(jìn)行實(shí)測(cè)平面坐標(biāo)與DOM，地物特征點(diǎn)坐標(biāo)檢驗(yàn)與分析中，則需要針對(duì)測(cè)量誤差方面進(jìn)行檢驗(yàn)，在山地與高山地區(qū)區(qū)域按照1：1000位比例，其誤差需要控制在0.75m。DEM高程精度檢查則將高程檢查點(diǎn)（X，Y，Z）的平面坐標(biāo)輸入到計(jì)算機(jī)，并提取DEM高程坐標(biāo)點(diǎn)，以預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)高程進(jìn)行誤差計(jì)算與分析的方式進(jìn)行處理，以此實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)的精度提升。

2.2 測(cè)量精度不足的解決

由于技術(shù)準(zhǔn)備以及外在環(huán)境條件因素影響，測(cè)繪工作當(dāng)中存在盲區(qū)的現(xiàn)象難以避免，主要的解決方式包括：①通過(guò)三角加密以及校正技術(shù)，對(duì)影像外的方位變量進(jìn)行計(jì)算，并將干擾因素提出，有效的預(yù)測(cè)盲區(qū)，對(duì)地形不加區(qū)域航測(cè)結(jié)果科學(xué)改善。②外業(yè)調(diào)繪及補(bǔ)測(cè)。對(duì)測(cè)繪結(jié)果中的高程以及地物等不確定區(qū)域進(jìn)行初步標(biāo)記，或者針對(duì)復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，尤其是存在建筑物和植被遮擋的區(qū)域必須要做好標(biāo)記工作，對(duì)其中存在的不足有效彌補(bǔ)，保證測(cè)繪精確度。

2.3 地面控制測(cè)量

地面控制測(cè)量主要依賴(lài)于像片控制測(cè)量，是提高無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度的有效措施。像片控制測(cè)量中最重要的環(huán)節(jié)就是像控點(diǎn)的布設(shè)，像控點(diǎn)布設(shè)不合理，可顯著的降低影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在后期數(shù)據(jù)處理過(guò)程中空中三角加密測(cè)量過(guò)程中，雖然像控點(diǎn)密度對(duì)空中三角加密測(cè)量有一定的影響，但空中三角加密測(cè)量質(zhì)量與完全依賴(lài)于像控點(diǎn)的布設(shè)密度，而與測(cè)繪區(qū)域的地形地貌變化幅度等關(guān)系較為密切。因此，為了提高無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作效率以及影像數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，一般在地形變化幅度小的區(qū)域（如平原地區(qū)等）可適當(dāng)?shù)慕档拖窨攸c(diǎn)布設(shè)密度，而在地形變化幅度較大的區(qū)域（高山峽谷地貌）可適當(dāng)增大像控點(diǎn)布設(shè)密度?？傮w上，像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①像控點(diǎn)一般布設(shè)在容易識(shí)別的地物地貌上，即所布設(shè)的像控點(diǎn)必須是唯一的，不存在爭(zhēng)議的，一般布設(shè)在地形變化較小的山頭、田角等部位;②位于測(cè)繪區(qū)域范圍以外的像控點(diǎn)的目的在于控制測(cè)量整個(gè)測(cè)繪區(qū)域;對(duì)于位于圖幅邊部的像控點(diǎn)一般布設(shè)在圖框輪廓線以外;③位于航線兩側(cè)的像控點(diǎn)，一般布設(shè)在左右偏離半徑小于半條基線長(zhǎng)度的范圍內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，當(dāng)前隨著無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的不斷優(yōu)化，在各個(gè)領(lǐng)域中起到了良好的應(yīng)用效果。在露天礦山測(cè)繪與監(jiān)測(cè)中應(yīng)用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，具備了傳統(tǒng)技術(shù)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，極大的提升了露天礦山測(cè)繪及監(jiān)測(cè)工作效率。在接下來(lái)的時(shí)間里，隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)功能將會(huì)更加完善，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在露天礦山施工及其他更多領(lǐng)域的廣泛有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在露天礦山全生命周期中的應(yīng)用，滿足礦山監(jiān)測(cè)及施工等要求。

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