無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用研究

王家福

（云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000）

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)作為一種先進(jìn)的新型遙感技術(shù)，因具有成本低、操作簡(jiǎn)便、靈活性強(qiáng)、精度較高等特點(diǎn)[1-3]，目前已廣泛應(yīng)用于高速公路勘測(cè)[4]、風(fēng)電場(chǎng)勘測(cè)[5]、電力工程測(cè)量[6]、礦山地形測(cè)量[7]等領(lǐng)域。而礦山地形測(cè)量關(guān)乎礦產(chǎn)礦藏探索及開發(fā)工作[8]，應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以極大壓縮礦山測(cè)繪的周期，并顯著提高測(cè)繪精度和效率[9]?；诖?，本文重點(diǎn)介紹了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)原理、特點(diǎn)及其在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用，并探討了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于礦山測(cè)繪的作用，以期為無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪實(shí)踐中提供借鑒。

1 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)概述

1.1 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)原理

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)集無人機(jī)技術(shù)與航攝設(shè)備于一體[7]，是定位系統(tǒng)、飛行器技術(shù)、通信技術(shù)等的有效綜合[9]。無人機(jī)搭載航攝設(shè)備從高空中對(duì)地形進(jìn)行測(cè)量，并通過遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、傳輸，待獲得地形測(cè)量數(shù)據(jù)后，通過專業(yè)的測(cè)繪軟件進(jìn)行分析，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)地形的測(cè)量。無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)由飛行平臺(tái)、傳感器、測(cè)控系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)高分辨率相機(jī)及數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作組成（圖1）。其中常見的無人機(jī)主要有固定翼、多旋翼及無人直升機(jī)三種，測(cè)繪工作中固定翼、多旋翼應(yīng)用最為廣泛。航攝設(shè)備有CCD數(shù)碼相機(jī)、光學(xué)相機(jī)等，常用輔助設(shè)備有紅外線掃描儀、激光掃描儀等[7]。飛控系統(tǒng)中，主要是采用了自動(dòng)駕駛儀。

圖1 無人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[10，11]

1.2 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)工作步驟

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)工作步驟詳見圖2，主要工作流程有：收集資料、踏勘、技術(shù)設(shè)計(jì)；像控點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量；無人機(jī)航空攝影；像控點(diǎn)測(cè)量-無約束平差及網(wǎng)平差、數(shù)碼相機(jī)檢校-業(yè)內(nèi)立體測(cè)圖；DEM、DOM制作；三維可視模型制作；成果數(shù)據(jù)編輯。

圖2 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)工作步驟

1.3 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有：①安全高效。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)急性能較好，在遇到意外情況時(shí)，無人機(jī)只需要進(jìn)行應(yīng)急迫降即可，不會(huì)造成人員傷亡等重大損失。無人機(jī)航測(cè)準(zhǔn)備工作比較簡(jiǎn)單，在實(shí)際工作過程中，可以根據(jù)具體要求靈活調(diào)節(jié)，工作效率高效。②操作簡(jiǎn)單，精度較高。隨著無人機(jī)技術(shù)的成熟，無人機(jī)的機(jī)型設(shè)計(jì)小巧，不僅操作簡(jiǎn)單，而且便于攜帶。無人機(jī)在實(shí)際工作中，能夠到達(dá)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)工作無法覆蓋的地方，而無人機(jī)搭載航攝設(shè)備性能較高，因此無人機(jī)航測(cè)技術(shù)精度較高。③周期短，成本低。無人機(jī)航測(cè)工作所需的設(shè)備、人力較少，工作強(qiáng)度亦較小且，與傳統(tǒng)礦山測(cè)量相比，周期較短，成本較低。

技術(shù)劣勢(shì)主要有：無人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，但依然具有一些缺點(diǎn)，比如開展無人機(jī)航測(cè)工作時(shí)需要綜合考量測(cè)區(qū)范圍的高度、拍攝時(shí)影像重疊、天氣狀態(tài)、飛行姿態(tài)等是否符合要求，因?yàn)檫@些因素與無人機(jī)航測(cè)質(zhì)量水平密切相關(guān)[11，12]。

2 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于礦山測(cè)繪時(shí)，無人機(jī)一般為低空飛行，飛行高度控制在1000m以下，不需要申請(qǐng)空域，非常方便。曹明[13]在桐城某礦山測(cè)繪中運(yùn)用了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地形的精準(zhǔn)測(cè)量。張寧寧等[14]基于無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山小區(qū)域大比例尺地形圖測(cè)繪中具有極強(qiáng)的可行性。謝梅秀等[15]將無人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于某礦山大比例尺地形測(cè)量中，結(jié)果表明無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在復(fù)雜地形條件下具有良好的應(yīng)用效果。綜上所述，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪領(lǐng)域非常適用，且已具有成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)見圖3。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪工作中的要點(diǎn)主要有優(yōu)化航線及控制點(diǎn)設(shè)計(jì)、空中三角加密處理、輸出數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理結(jié)果及成果圖件、成果精度分析。

圖3 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)作業(yè)流程圖

3 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪中的作用及意義

礦山測(cè)繪是礦山建設(shè)和生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)與基礎(chǔ)保障，傳統(tǒng)礦山測(cè)繪核心任務(wù)就是測(cè)量和制圖[16]，應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)手段后，礦山測(cè)繪成果可用于礦山環(huán)境治理、礦產(chǎn)資源利用、建設(shè)數(shù)字化礦山等方面。

（1）礦山測(cè)繪工作中應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)，可以快速獲得高分辨率數(shù)據(jù)，利用終端設(shè)備將數(shù)據(jù)輸出，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的系統(tǒng)收集、處理，將有助于加快數(shù)字礦山建設(shè)。

（2）無人機(jī)負(fù)載著靈敏的傳感器設(shè)備，可以對(duì)礦區(qū)內(nèi)的真彩色以及多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)采集與分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前礦山環(huán)境存在問題[17]，避免濫采濫用，進(jìn)而有效促進(jìn)礦山環(huán)境治理工作。

（3）無人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山開采工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控與取證，從而為礦山監(jiān)管提供技術(shù)支撐，不僅有助于控制資源的不合理開發(fā)，又有利于實(shí)現(xiàn)礦山資源的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

本文重點(diǎn)介紹了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)原理、特點(diǎn)及其在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用，并探討了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于礦山測(cè)繪的作用，主要結(jié)論有：①無人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有安全高效、操作簡(jiǎn)單、精度較高、周期短、成本低等優(yōu)勢(shì)，但開展無人機(jī)航測(cè)工作時(shí)仍需要綜合考量測(cè)區(qū)范圍的高度等因素。②無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪領(lǐng)域非常適用，且已具有成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。③在礦山測(cè)繪中應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)手段后，礦山測(cè)繪成果可用于礦山環(huán)境治理、礦產(chǎn)資源利用、建設(shè)數(shù)字化礦山等方面。