王家福
(云南馳宏鋅鍺股份有限公司,云南 曲靖 655000)
無(wú)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(wú)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]。基于此,本文重點(diǎn)介紹了無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)繪實(shí)踐中提供借鑒。
無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)集無(wú)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(wú)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(guò)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(guò)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(wú)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(wú)人機(jī)主要有固定翼、多旋翼及無(wú)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(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[10,11]
無(wú)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(wú)人機(jī)航空攝影;像控點(diǎn)測(cè)量-無(wú)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(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)工作步驟
技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有:①安全高效。無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)航測(cè)準(zhǔn)備工作比較簡(jiǎn)單,在實(shí)際工作過(guò)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(wú)人機(jī)技術(shù)的成熟,無(wú)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(wú)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(wú)法覆蓋的地方,而無(wú)人機(jī)搭載航攝設(shè)備性能較高,因此無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)精度較高。③周期短,成本低。無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)航測(cè)質(zhì)量水平密切相關(guān)[11,12]。
無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于礦山測(cè)繪時(shí),無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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
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(wú)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(wú)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(wú)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(wèn)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(wú)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。
本文重點(diǎn)介紹了無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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。