基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式研究

李森 楊源

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，礦山資源在人們的生活中起到了關(guān)鍵性作用，越來越多的新技術(shù)被廣泛應(yīng)用到礦山地質(zhì)精細(xì)測繪工作中，為了提升礦山開采的效率和準(zhǔn)確性，因此，對無人機(jī)航拍測量技術(shù)在礦山精細(xì)測繪中的應(yīng)用進(jìn)行研究，無人機(jī)航拍技術(shù)可以有效測繪出礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為數(shù)字礦山建設(shè)提供有力依據(jù)，保護(hù)礦山工作人員的安全，推動礦山環(huán)境整治，便于開采者研發(fā)開采?；跓o人機(jī)航拍技術(shù)的引入，建立三維數(shù)據(jù)模型，再結(jié)合礦山地質(zhì)測繪區(qū)域選擇不同的測繪方式，實(shí)現(xiàn)基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪，本文對此進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)航拍;礦山地質(zhì);精細(xì)測繪;測繪方式

有色金屬的大多數(shù)礦山地質(zhì)復(fù)雜，存在很多地質(zhì)區(qū)域塌陷、礦山地質(zhì)裂縫等危險地區(qū)，礦山開采的每一項(xiàng)工程中都要進(jìn)行一定的規(guī)劃才能開始進(jìn)山開采，整個開發(fā)過程包括測繪、勘查、建模、開采等，利用無人機(jī)航拍技術(shù)獲取具體的數(shù)據(jù)和圖像信息貫穿整個礦山開采流程中，保證礦山開采工程安全有效的進(jìn)行。

一、無人機(jī)航拍技術(shù)在礦山地質(zhì)的應(yīng)用

無人機(jī)系統(tǒng)主要由飛行平臺、相機(jī)云臺、飛行控制系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)和地面站系統(tǒng)五部分組成，機(jī)型輕便小巧，具有極強(qiáng)的勘測能力，而且勘測時間很短，因此在抗震救災(zāi)、城市建設(shè)、能源勘測等方面起到了很大的作用。而將無人機(jī)航拍測量技術(shù)應(yīng)用到礦山測繪中，可以有效地測繪出礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為數(shù)字礦山建設(shè)提供有力依據(jù)，在保護(hù)礦山工作人員的安全的同時，推動礦山環(huán)境整治，便于開采者研發(fā)開采。無人機(jī)航拍測量技術(shù)指的是利用無人駕駛飛機(jī)，通過無人機(jī)搭載的高分辨率相機(jī)、通訊設(shè)備、GPS定位系統(tǒng)對國土資源、自然環(huán)境、地質(zhì)情況等資源快速有效獲取高分辨率相片的先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)具有自動化、智能化、專業(yè)化的特點(diǎn)，具有機(jī)動、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢，因此成為未來航空遙感技術(shù)的發(fā)展方向，在多個領(lǐng)域都有所應(yīng)用。高科技發(fā)展帶動無人機(jī)航拍技術(shù)的發(fā)展，目前我國數(shù)字航空測量技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，基于無人機(jī)平臺的數(shù)字航攝技術(shù)已顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢。無人機(jī)航拍測量技術(shù)在礦山測繪中也有重要的應(yīng)用，既能夠?yàn)閿?shù)字礦山建設(shè)提供依據(jù)，又能幫助整治礦山環(huán)境，有效保護(hù)、合理利用礦山資源。

二、基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式設(shè)計(jì)

1.引入無人機(jī)航拍技術(shù)

無人機(jī)是一種通過無線電遙控設(shè)備或者通過機(jī)載計(jì)算機(jī)進(jìn)行操控的無人飛行器，這種飛行器的結(jié)構(gòu)簡單而且使用的成本低，不但可以完成載人飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù)，還可以用于載人飛機(jī)不能執(zhí)行的任務(wù)，因此，在礦山地質(zhì)精細(xì)測繪中，使用無人機(jī)航拍技術(shù)對應(yīng)急突發(fā)事件和緊急事情的預(yù)警有很大的作用。無人機(jī)航拍技術(shù)是以無人駕駛的飛機(jī)作為空中拍攝的平臺，利用計(jì)算機(jī)對拍攝圖像信息進(jìn)行處理，并按照一定的精度要求合成視頻圖像。無人機(jī)航拍技術(shù)的出現(xiàn)有效降低了礦山地質(zhì)測繪工作的勞動力，相比于傳統(tǒng)測繪方式采用的大型裝載設(shè)備進(jìn)行礦山地質(zhì)測繪，本文引入的無人機(jī)技術(shù)操控起來更容易，而且傳統(tǒng)測繪方式中的大型飛機(jī)在工作前要提前向有關(guān)部門報(bào)備，等待審核通過后才可以使用，無人機(jī)技術(shù)的使用程序比較簡單，同時也會減少礦山地質(zhì)測繪的成本。

2.建立三維數(shù)據(jù)模型

為了更加精準(zhǔn)的對礦山地質(zhì)進(jìn)行測繪，基于無人機(jī)航拍技術(shù)的引入，采用三維數(shù)據(jù)模型來實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測繪工作，三維數(shù)據(jù)模型具備三維空間數(shù)據(jù)處理能力，比如礦山測繪數(shù)據(jù)的獲取、操縱測繪數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的組織、分析和表現(xiàn)。三維數(shù)據(jù)模型實(shí)際上是將在三維數(shù)據(jù)模型建立范圍內(nèi)的地質(zhì)空間歸結(jié)為一個復(fù)合體，在礦山地質(zhì)測繪工作中，三維數(shù)據(jù)模型以巖層面為界將礦山地質(zhì)分割成不同性質(zhì)的巖層，便于礦山地質(zhì)精細(xì)的測繪。

3.確定測繪區(qū)域和航線

根據(jù)現(xiàn)有的無人機(jī)航拍技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如今大部分無人機(jī)在航拍過程中的航行時間較短，一般情況下，都在30分鐘左右，考慮無人機(jī)航行時間較短這一問題，在礦山地質(zhì)精細(xì)測繪中要對無人機(jī)的航拍區(qū)域進(jìn)行劃分，從而合理的去安排地質(zhì)測繪的時間、航線以及無人機(jī)飛行的架次，在測繪區(qū)域面積較大的情況下，通常可以將測繪區(qū)域劃分進(jìn)行分階段測繪，無人機(jī)的航拍任務(wù)最好是在一次航行時間段內(nèi)完成，這樣就可以推斷出接下來時間段，從而有計(jì)劃的去推進(jìn)無人機(jī)航拍工作，達(dá)到礦山地質(zhì)測繪的目的。

4.實(shí)現(xiàn)基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪

根據(jù)測繪區(qū)域和航線的確定，選擇合適的測繪區(qū)域和航線，基于無人機(jī)航拍技術(shù)的引入，建立三維數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪。其中，三維數(shù)據(jù)模型的建立可以實(shí)現(xiàn)基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪?；跓o人機(jī)航拍技術(shù)的引入建立三維數(shù)據(jù)模型，依托測繪區(qū)域和航線的確定，實(shí)現(xiàn)基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪，完成本文設(shè)計(jì)的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式。

三、 無人機(jī)航拍礦山地質(zhì)精細(xì)測繪驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式的可靠性，采用傳統(tǒng)測繪方式，以及基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式，制定礦山地質(zhì)測繪成果精度對比實(shí)驗(yàn)。首先選擇同一座礦山，實(shí)驗(yàn)開始前觀察礦山周圍環(huán)境是否穩(wěn)定，包括風(fēng)向、風(fēng)力等。為了能夠準(zhǔn)確反映本次對比實(shí)驗(yàn)的成果精度情況，引入礦山地質(zhì)測繪的平面絕對誤差作為本次實(shí)驗(yàn)的對比指標(biāo)。在礦山內(nèi)選擇十組地質(zhì)區(qū)域，分別采用全站儀、RTK打點(diǎn)檢查、鋼尺量邊等傳統(tǒng)測量方式，以及基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式，剔除粗差和航拍遮擋點(diǎn)后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并計(jì)算平面中誤差和量邊中誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)采用航拍生產(chǎn)的三維數(shù)字地表模型精度符合規(guī)范要求，精度也顯著優(yōu)于傳統(tǒng)測繪方式。由此可見采用上述設(shè)計(jì)的無人機(jī)航拍礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式能夠有效完成地質(zhì)精細(xì)測繪工作。

四、實(shí)例驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式的可靠性，采用傳統(tǒng)測繪方式，以及基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式，制定礦山地質(zhì)測繪清晰度對比實(shí)驗(yàn)。1.實(shí)驗(yàn)方法及步驟為了保證本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的明顯對比性，實(shí)驗(yàn)過程中，礦山地質(zhì)測繪區(qū)域和航線的選擇要一致，實(shí)驗(yàn)的具體操作步驟如下：①首先選擇一座礦山，實(shí)驗(yàn)開始前觀察礦山周圍環(huán)境是否穩(wěn)定，包括風(fēng)向、風(fēng)力等。②為了提高本次對比實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度，引入礦山地質(zhì)測繪清晰度作為本次實(shí)驗(yàn)的對比指標(biāo)。③在礦山內(nèi)選擇十組地質(zhì)區(qū)域，分別采用傳統(tǒng)測繪方式，以及基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪方式，進(jìn)行測繪清晰度對比實(shí)驗(yàn)。④記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并繪制礦山地質(zhì)測繪清晰度曲線。2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論根據(jù)采用不同測繪方式得到的礦山地質(zhì)測繪清晰度曲線可知，兩種測繪方式對礦山地質(zhì)測繪有很大差別，本文設(shè)計(jì)的測繪方式對礦山地質(zhì)測繪清晰度高，平均清晰度為876.3，而傳統(tǒng)測繪方式對礦山地質(zhì)測繪清晰度明顯低于本文設(shè)計(jì)的測繪方式，因此可以得出本文設(shè)計(jì)的測繪方式可以完成礦山地質(zhì)精細(xì)測繪工作。

結(jié)束語

無人機(jī)航拍測繪技術(shù)應(yīng)用到礦山測繪中，能夠有效測繪出礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為數(shù)字礦山建設(shè)提供有力依據(jù)，所以，實(shí)現(xiàn)基于無人機(jī)航拍的礦山地質(zhì)精細(xì)測繪，從而實(shí)現(xiàn)本文的研究。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本文設(shè)計(jì)的測繪方式比傳統(tǒng)測繪方式對礦山地質(zhì)測繪清晰度高。希望本文的研究能夠?yàn)榈V山地質(zhì)精細(xì)測繪方式提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]張文斌，徐佳煒，黃霞.無人機(jī)航測技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用研究[J/OL].世界有色金屬，2019（16）：32+34[2019-11-03].

[2]洪志佳.無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2019（08）：91.