礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中無人機攝影測量技術(shù)應(yīng)用研究

劉磊

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦，河南 平頂山 467000）

一、無人機測量系統(tǒng)概述

無人機測量系統(tǒng)是集導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行平臺以及傾斜攝影系統(tǒng)為一體的攝影平臺，可以獲取多視角影像，為后續(xù)構(gòu)建的三維模型提供大量的紋理信息。通過采用定位技術(shù)可以使得無人機測量系統(tǒng)獲取到的圖像含有更精準的地理信息，從而實現(xiàn)便捷、高精度測量。本次測量中采用的無人機為大疆精靈 Phantom4，滿載荷最大飛行時間為60min，并配備有航空攝影機。采用無人機攝影技術(shù)可以較為便捷、精準的構(gòu)建礦山三維模型，具體的工作流程如圖1 所示。具體包括有:（1）首先需要根據(jù)測量目的構(gòu)建測量技術(shù)方案。（2）在圈定的測量區(qū)域內(nèi)進行控制測量，當?shù)乇頍o特征點時應(yīng)首先做相關(guān)標記。（3）無人機航空測量。（4）多視覺影像聯(lián)合平差以及密集匹配。（5）三維地形TIN 及無信息白模構(gòu)建。（6）紋理映射構(gòu)建實景三維模型。

圖1 測量工作流程

二、技術(shù)可行性分析

（一）無人機攝影測量技術(shù)精度分析

在實際測量中，一旦測量的礦坑存在堆積，傳統(tǒng)監(jiān)測方式會采用規(guī)則椎體進行計算，就無人機攝影測量技術(shù)而言，其可以在測量中進行逐像素計算，該測量模式下，其會將礦坑的表面進行完整的擬合，繼而通過 0.1 m 的分辨率控制，形成 DEM，這種測量方式有效地保證了礦坑測量的準確性?？梢姀臏y量精度來看，無人機攝影測量技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中具有一定可行性［2］。

（二）無人機攝影測量技術(shù)效率計算

相比于傳統(tǒng)測量手段，無人機攝影測量技術(shù)的效率性突出。譬如，在某礦區(qū)監(jiān)測中，傳統(tǒng)監(jiān)測手段實施人工監(jiān)測，經(jīng)初步計算，完成工程測量需要42 h;為提升測量效率，該礦區(qū)采用無人機攝影測量技術(shù)進行監(jiān)測。在實際監(jiān)測中，工作人員先設(shè)置像素點，確保其點位不少于5 個，隨后利用高分辨率相機進行測量，通過測量獲得礦區(qū)的原始照片，總照片數(shù)目為200 多張。在經(jīng)數(shù)據(jù)處理制成DOM 和DEM 后，測量總耗時為16h。即無人機攝影測量技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中具有較高效率性，其能有效適應(yīng)礦山儲量動態(tài)監(jiān)測需要，促進礦山企業(yè)有序生產(chǎn)。

三、無人機攝影測量技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用要點

（一）注重礦山整體測量環(huán)境

礦山儲量監(jiān)測，其動態(tài)變化特性較為突出。這是因為在礦區(qū)，礦產(chǎn)資源被開采運出后，整個區(qū)域土體結(jié)構(gòu)的完整性受到了較大影響，其中礦區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化明顯。譬如，在部分礦山開采中，曾發(fā)生開采區(qū)陷落等問題，這一問題加大了礦產(chǎn)資源開采的難度，同時在后續(xù)監(jiān)測中，監(jiān)測環(huán)境較為復(fù)雜，工作阻力加大。

（二）獲取礦山儲量動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)

一方面，其不僅能獲得本地區(qū)的地形地貌資料，而且能掌握礦區(qū)開采現(xiàn)狀，在經(jīng)相關(guān)數(shù)據(jù)計算出來后，可構(gòu)建礦區(qū)的三維模型，這為后期工作開展具有積極影響。在實際測量中，先應(yīng)進行像控點的布設(shè)，無人機攝影測量像控點布設(shè)應(yīng)關(guān)注平高點和平面點的設(shè)置，在實際布點中，應(yīng)注重CORS 或RTK 技術(shù)的應(yīng)用，為后期數(shù)據(jù)捕獲、數(shù)據(jù)導(dǎo)入和云計算處理提供便利。

（三）礦山儲量動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)

在實際處理中，針對航攝儀的應(yīng)用，測繪人員先要捕獲該設(shè)備曝光攝影瞬間的三維坐標;通常給坐標通過GPS 技術(shù)獲得;隨后參考無人機飛行姿態(tài)參數(shù)，并在計算機云計算系統(tǒng)進行空三解算處理。完成數(shù)據(jù)空三解算后，還應(yīng)通過規(guī)范化的處理圖形色彩，在處理過程中，利用矢量化自動成圖軟件，可在圖像有效銜接的基礎(chǔ)上，確保圖像的色彩具有較高的統(tǒng)一性，最后對這些圖形進行成立，可獲得測區(qū)地形圖。值得注意的是，無人機飛行姿態(tài)對于部分攝影圖形具有一定影響，該影響會降低成圖精度;對此，測繪人員還應(yīng)進行畸變數(shù)據(jù)的糾正處理，通常，采用正射糾正法能糾正的圖像點位的位移偏差。所獲得圖形部分點位的位移差計算公式為:。其中，δh指的是像點位移差;而kn 代表了像底點到達像點基線長;就h 而言，其研究的是地面點的情況，代表了該區(qū)域的起幅高層;H 代表航攝儀器的飛行高度。正確計算該指標，能指導(dǎo)航攝設(shè)備運作，確保礦山儲量動態(tài)監(jiān)測結(jié)果處置的準確性。

（四）礦坑上、下底面監(jiān)測

礦坑上底面、礦坑下底面是礦山儲量動態(tài)監(jiān)測的兩個重要環(huán)節(jié)。就上底面監(jiān)測而言，應(yīng)關(guān)注礦區(qū)的原始地貌，通常該地貌保持在自然狀態(tài)，對此，可將其看做是一個平面進行監(jiān)測處理。在這一監(jiān)測模式下，通過計算礦坑邊緣測量高程點的均值，即可實現(xiàn)礦坑上面的表示。而就礦坑下底面而言，在生成 DEM 的基礎(chǔ)上，還應(yīng)通過專業(yè)計算設(shè)備，對其進行儲量計算，這樣通過上底面減去下底面，即可獲得相應(yīng)差值的有效計算。此外還應(yīng)針對礦山的地質(zhì)進行測量，在實際測量中，資源儲備評估方法、資源儲量估算參數(shù)確定是兩個極為重要的環(huán)節(jié)。就資源儲備量評估而言，工作人員不僅需考慮采坑面積，而且需考慮采深等因素，這樣可實現(xiàn)資源儲量的有效分析。而在資源儲量估算中，應(yīng)結(jié)合具體面積，按照1 ∶1000 的資源儲量對圖中獲得的內(nèi)容進行評估。

結(jié)束語

綜上所述，在實際監(jiān)測中，礦山工作人員只有充分認識到無人機攝影測量技術(shù)應(yīng)用的必要性，然后結(jié)合其工作原理，做好礦山整體測量環(huán)境、礦山儲量動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取、礦山儲量動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理和礦坑上、下底面監(jiān)測的右下處理，才能有效地提升無人機攝影測量技術(shù)應(yīng)用水平，繼而在保證礦山儲量動態(tài)監(jiān)測質(zhì)量的基礎(chǔ)上，促進采礦行業(yè)的有序發(fā)展。