試析無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監(jiān)測中的具體運用

礦山儲量監(jiān)測是指礦山企業(yè)按照國家法律法規(guī)要求，選擇具備資質條件的地質測量機構開展礦山儲量地質測量，國土資源管理部門綜合運用法律、經(jīng)濟與必要的行政手段加強礦產(chǎn)開發(fā)全程儲量管理的過程。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)暗戰(zhàn)，社會對礦產(chǎn)資源的需求也不斷增加。然而礦產(chǎn)資源是有限的資源，大量的不合理、無計劃開發(fā)會讓礦產(chǎn)資源枯竭速度加快，進而導致生態(tài)環(huán)境惡化程度加劇，讓子孫后代的生存發(fā)展受到嚴重影響。礦山開采在我國尚屬破壞性開采，更需要做好儲量監(jiān)測與調控

。下面對礦山儲量監(jiān)測與無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監(jiān)測中的應用展開詳細分析。

1 礦山儲量監(jiān)測意義

礦山儲量監(jiān)測在礦產(chǎn)管理體系中起著重要作用，通過礦山儲量監(jiān)測，能了解礦產(chǎn)資源儲量，進而動態(tài)調整礦產(chǎn)開采計劃，改革創(chuàng)新礦產(chǎn)資源儲量管理體制，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源合理開發(fā)與有效保護。現(xiàn)代社會對礦產(chǎn)資源的需求巨大，資源開發(fā)量也逐年增加，然而在不知儲量情況下的大力開發(fā)會導致資源急速枯竭，最終使社會資源危機進一步加重。因此在當前背景下有必要采用先進技術手段對礦產(chǎn)儲量進行監(jiān)測與管理，為礦產(chǎn)資源的可持續(xù)利用條件。

根軌跡法是分析和設計線性控制系統(tǒng)的圖解方法。根軌跡不僅可以指出系統(tǒng)某一參數(shù)變化時所有的閉環(huán)極點在S平面上的位置和動態(tài)性能，而且可以指明開環(huán)零極點的變化對系統(tǒng)的影響。

2 無人機航空攝影測量技術

2.1 無人機航空攝影測量原理

無人機航空攝影測量是指通過輕型無人機搭載高分辨率數(shù)字彩色航攝像機獲取區(qū)域影像數(shù)據(jù)，利用GPS在測區(qū)布設像控點，在數(shù)字攝影測量工作站進行作業(yè)，獲取地理信息數(shù)據(jù)等所需信息。

2.2 無人機航空攝影測量系統(tǒng)構成

無人機航空攝影測量系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)兩大部分構成，硬件系統(tǒng)包括無人機，激光掃描儀、高性能數(shù)字航攝儀、紅外掃描儀等機載遙感設備。軟件系統(tǒng)由航線設計軟件、數(shù)據(jù)處理軟件等構成。軟件系統(tǒng)中的航線設計軟件在整個系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，無人機航空攝影測量的方向與精度主要由該軟件決定。在進行無人機航空攝影測量時，需利用航線設計軟件，根據(jù)待測區(qū)的地形地貌，測量隊伍所需的地面分辨率、數(shù)據(jù)精度及重疊度等計算出最佳的航高與基線長度，航線間隔數(shù)等關鍵數(shù)據(jù)

。如果對無人機航空攝影測量系統(tǒng)細分，可將整個系統(tǒng)分為飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地面保障系統(tǒng)等幾大部分。

（1）飛行控制系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)中，飛行平臺、通訊設備是重要構成。在該系統(tǒng)中，無人機是最關鍵的飛行平臺，無人機起著搭載攝影測量設備的重要責任。借助無人機平臺進行航空攝影測量時，主要通過GPS給無人機定位，通過IMU系統(tǒng)獲取陀螺儀、加速度等各平臺的姿態(tài)參數(shù)，采用GPS與IMU結合算法計算無人機的飛行高度、飛行速率、橫滾及俯仰等數(shù)據(jù)。無人機飛行控制系統(tǒng)以中央處理器為核心，中央處理器根據(jù)無人機飛行航線計算出偏移規(guī)律，控制飛機依據(jù)事先設計的航線，定點曝光飛行。

（1）構建無人機航空攝影控制體系。為提高無人機航空攝影測量礦山儲量的可行性，為提高無人機航空攝影測量精度，在正式航測前，需根據(jù)技術特點與礦山特征，結合具體的航測要求構建無人機航空攝影測量控制體系，為后續(xù)各項航測工作打好基礎。在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中，無人機是核心設備，因此所構建的航測控制體系應包括機載自主控制與地面遙控這兩大部分。應用無人機航空攝影測量技術監(jiān)測礦山儲量時，由地面工作人員控制無人機升空過程，在無人機到達預定高度后，開始由無人機自主控制平臺對無人機的航向、航高及航速等進行控制。在具體的攝影測量過程中，人工控制與平臺控制兩種控制方法視實際情況靈活運用

。

（3）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。無人機航空攝影技術中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由空中數(shù)據(jù)傳輸與地面數(shù)據(jù)傳輸兩部分組成?？罩袛?shù)據(jù)傳輸與地面數(shù)據(jù)傳輸均通過數(shù)字傳輸電臺、數(shù)據(jù)接口及傳輸天線等基礎設施實現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的傳遞。

（4）地面保障系統(tǒng)。地面保障系統(tǒng)通常由運輸保障設備與航空攝影保障設備兩部分構成。航空攝影保障設備主要保障無人機進行航空攝影作業(yè)時所需的儀器設備；運輸保障設備主要指包裝儀器部件及無人機航空拍攝系統(tǒng)的運輸箱。

（3）測量精度高。無人機不僅體積小，操作靈活方便，以無人機為基礎的無人機航空攝影測量技術還具備測量精度高，測量結果時效性強等優(yōu)點，運用無人機航空攝影測量技術獲得的結果，其真實性、準確性與可靠性有所保障。無人機航空攝影測量技術可根據(jù)調查業(yè)務需要的影像分辨率設定飛行高度，所以測得的影像分辨率足以滿足精度需求，能夠達到質量標準

。

3 無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監(jiān)測中的應用優(yōu)勢

（1）機動靈活。無人機體積小，靈活度高，攜帶與運輸?shù)碾y度不高。無人機搭載的攝影測量設備能在短時間內達到測量地點，能大大提高作業(yè)效率。無人機航空攝影測量是在高空作業(yè)，因此受到地形、地貌等的影響小，另外，由于無人機體積小，所以飛機起飛時不需要專業(yè)的機場跑道，在草地、空地等多種地理環(huán)境中，無人機均能快速、平穩(wěn)起飛

。

2.3 做好動物疾病檢查針對在動物養(yǎng)殖過程中可能會出現(xiàn)的諸多類疾病，事先做出相關的檢疫制度，并通過嚴格遵循檢疫制度進行日常操作，定期對動物進行疾病的檢查，做好消毒處理，對動物予以相應的疫苗注射，從根本上提高動物抗疾病能力；做好對進出程序的嚴格規(guī)范，避免在動物進出過程中感染疾??；尤其是在疾病多發(fā)季節(jié)，加強動物檢疫力度，做好疾病檢查工作。

例如我們在“氧氣的實驗室制取”實驗中，為學生根據(jù)具體的化學知識，進行了實驗可行性分析，沒有直接教授學生“氧氣的實驗室制取”方法，而是組織學生進行集體討論，我作為討論的參與者幫助學生自主研究實驗方法。之后我為學生介紹了安全注意事項，組織學生利用自主探究的方式，完成“氧氣的實驗室制取”實驗。學生們通過自主探究，利用高錳酸鉀制氧、過氧化氫制氧、氯酸鉀制氧等多種方法，有效地完成了實驗任務，使學生在自主探究的過程中，有效發(fā)展了探究意識與創(chuàng)新思維。

第二天上午趕到茶場的時候，鎮(zhèn)長村長目瞪口呆。只見原來那棟破屋的地基上，已經(jīng)聳起一人高的磚墻，周圍堆滿了水泥、紅磚、木料、預制板、還有幾輛汽車、翻斗車，十幾個工人正在那里敲敲打打砌磚。

4 無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監(jiān)測中的具體運用

（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)。在地面監(jiān)控系統(tǒng)中，航線設計軟件是核心。操控無人機進入待測區(qū)域進行攝影與測量前，先利用航線設計軟件科學設計出無人機飛行航線，然后操控無人機按照預定航線平穩(wěn)飛行。在無人機按照預設航線飛行的過程中，地面監(jiān)控系統(tǒng)會顯示出無人機飛行姿態(tài)、飛行高度及飛行速率、無人機所在地的氣象情況等，系統(tǒng)會對無人機飛行期間產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)與參數(shù)進行自動記錄與存儲，工作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)對調控無人機

。

控制無人機的機載自主控制平臺應當由以下幾部分構成：數(shù)據(jù)處理計算機、飛機狀態(tài)感知傳感器與無線電遙控收發(fā)裝置。只有上述構造健全，自主控制平臺才能在無人機飛行過程中發(fā)揮作用，實現(xiàn)對無人飛行器的科學操控。在無人機航空攝影控制體系中，要根據(jù)具體的控制需求設計無電線遙測模塊，由該模塊對攝影設備的運行狀態(tài)與無人機運行狀態(tài)進行傳送，以便工作人員及時發(fā)現(xiàn)設備異常并作出處理。無線電遙測模塊應有圖像顯示與數(shù)據(jù)處理功能，有實時顯示無人機方位、距離及航向、機上電源狀態(tài)的功能。

（2）測量效率高。無人機航空攝影測量對外部條件的要求低，無人機的續(xù)航時間也相對較長，在設備等相對充足的情況下，一天可飛行多個架次，能夠大大縮短測量時間，提高測量效率。飛行器搭載攝影機飛行測量過程中，攝影機就能實時、動態(tài)以及全方位的采集地物信息，之后通過相應的信息處理軟件將地物外形、位置、高度、占地面積等真實、客觀地反映出來。數(shù)據(jù)采集流程得到精簡，效率得以提升。在傳統(tǒng)地質勘查工作當中，往往會采用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，但是難以保障時效性。而采用航測法地籍測繪技術，可以在短時間內獲取航測區(qū)域的信息，確保數(shù)據(jù)的時效性，真正為后期處理作業(yè)提供依據(jù)。

在信息化教學的發(fā)展過程中，教師要具備一定的監(jiān)控能力，確保教學活動的有效開展，通過準確的評價以此來得到合理的反饋，實現(xiàn)對教學活動的調節(jié)。在微課模式下要運用好教學活動，幫助學生掌握好重點知識。通過運用好微課技術，能夠借助信息化的數(shù)據(jù)來掌握學生的實際學習情況，同時也可以在信息化分析的基礎上來對教學效果進行評價。

（3）設計礦山儲量動態(tài)監(jiān)測平臺。在運用無人機航空攝影測量技術開展礦山儲量監(jiān)測時，主要是借助無人機與監(jiān)測平臺獲得相關影像數(shù)據(jù)，為礦山開采方案、儲量管理方案等的制定與調整提供參考依據(jù)。監(jiān)測平臺在整個航攝作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，為保證最終監(jiān)測結果的準確性與可靠性，監(jiān)測方需根據(jù)礦山實際情況科學設計資源儲量動態(tài)監(jiān)測平臺，為不同的礦山選定不同的監(jiān)測方式，而后通過攝影測量得到礦山儲量報表。礦山儲量報表應是基于無人機航空攝影測量所得的動態(tài)數(shù)據(jù)生成。

我們再對故意無視維度(Q13～Q15)和默認補償維度(Q16～Q18)分別進行因子分析，其KMO值和Bartlett的球形度檢驗Sig.值分別為0.635和0.000，0.643和0.000，說明這兩個維度在一定程度上能夠分別作為因子來反映旅游者的故意無視與默認補償行為(如表2所示)。

航拍網(wǎng)點的有效設置，也是保障航測質量的關鍵，因此應該在明確航拍區(qū)域的基礎上，根據(jù)礦山儲量監(jiān)測的要求，科學設置航拍網(wǎng)點，增強航測過程的規(guī)范性及專業(yè)性。工作人員需要明確現(xiàn)場的實際狀況，以此為依據(jù)確定航拍網(wǎng)點的數(shù)量及布局情況，防止在獲取數(shù)據(jù)時出現(xiàn)遺漏的情況。設置航拍網(wǎng)點時應該考慮到現(xiàn)場狀況對航拍工作的影響，如天氣、風力及地形地貌等等，進而保證數(shù)據(jù)的精確性

。

（2）設定礦山監(jiān)測點與航拍網(wǎng)點。在運用無人機航空攝影測量技術開展礦產(chǎn)儲量監(jiān)測時，需準確設定礦山監(jiān)測點，只有監(jiān)測點的位置與數(shù)量準確、合理，最終的監(jiān)測結果才會真實可靠。由于監(jiān)測對象是礦山儲能情況，所以在布點時可采用人工布點的方法來保證布點的精度。布點時，用色塊形式體現(xiàn)監(jiān)測點。劃定一個正方形的監(jiān)測區(qū)域，將監(jiān)測區(qū)域劃分為四份，將任意對邊的兩份確定為白色，其余兩份設定為黑色，準確劃分與標記出監(jiān)測點。布點時，因礦山地質較為復雜，地表的穩(wěn)定性低，所以不能將標識點隨意放置在地面上，要用規(guī)則的鋼筋水泥柱做好標記，以便于確認與監(jiān)測。

（4）無人機航拍攝影測量。無人機航拍攝影測測量按以下流程進行：航線設計、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及精度分析。測量時，使用海達ARS-100等型號無人機載三維激光雷達采集礦山儲量數(shù)據(jù)。設計航線間距為200m，航高在100m～200m高度范圍內，掃描角度≤300，航向重疊度與旁向重疊度分別為60%～70%、50%～60%，無人機航行速度不大于50km/h、不小于40km/h，掃描測量時采用Z字形線掃描方式。在操作無人機航測之前，先完成測繪區(qū)礦山地形圖等資料的收集整理工作，以真實資料為基礎，運用Google Earth數(shù)據(jù)建立地形三維模型，將無人機航線、航速、行高等數(shù)據(jù)確定下來，并定好無人機起降位置，確定采集點密度參數(shù)要求與航向重疊度、旁向重疊度。正式測繪前，組織專人進入測繪區(qū)完成實地踏勘工作，初步獲得測繪區(qū)地形地貌等基礎信息。在完成上述信息調查的基礎上，將GPS基準站架設在相應位置，對機載動態(tài)全球定位接受機測定的三維坐標進行誤差校正。正式測繪前對當?shù)貧夂蛱卣鞯取⒖諝鉅顩r等做簡單了解，關注這一時間段內的天氣狀況，將航測作業(yè)選擇晴朗無風或微風的天氣進行，避免惡劣天氣對點云測量精度產(chǎn)生影響

。無人機航拍攝影測量進行過程中，對無人機航行姿態(tài)、航高、航速等進行動態(tài)監(jiān)測與調整，同時工作人員也需根據(jù)測區(qū)實際的天氣情況與地形條件適時調整到無人機飛行參數(shù)，確保能獲得最準確、最詳細、最可靠的測量數(shù)據(jù)。

（5）測量數(shù)據(jù)處理。在整個無人機航拍攝影測量工作中，數(shù)據(jù)處理是重中之重，數(shù)據(jù)處理質量直接關系到最終的測量結果，進而影響礦產(chǎn)儲量的監(jiān)測與管控。數(shù)據(jù)處理通常需進行以下步驟：數(shù)據(jù)預處理、點云數(shù)據(jù)濾波、異常點濾波及分類提取。開展數(shù)據(jù)預處理時，將機載點云原二進制數(shù)據(jù)轉換為標準格式，對點云數(shù)據(jù)的三維坐標基于地面基準點三維坐標進行定向校準，最后拼接航道數(shù)據(jù)并糾正重疊帶高程。在運用無人機航拍攝影測量時，必須處理好點云數(shù)據(jù)濾波，只有做好這一步，才能順利構建起數(shù)字高程模型，然后完成后續(xù)的特征提取、地形重建等工作。處理點云數(shù)據(jù)濾波時，按照從小到大的順序，采用漸進式方法有序處理，將數(shù)據(jù)中有用部分保留下來，為后續(xù)監(jiān)測打好基礎。對異常點數(shù)據(jù)進行濾波處理時，首先以地形圖高程數(shù)據(jù)為基礎，將各區(qū)塊高程差閾值與高程閾值建立起來，詳細篩查點云高程數(shù)據(jù)的異常點，完成該部分數(shù)據(jù)處理任務。篩查點云高程數(shù)據(jù)異常點時，借助Cloud Compare點云處理軟件插件將分割后的每一區(qū)塊數(shù)據(jù)設置閾值，最后實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理目標。提取地物分類時，第一步是利用漸進三角網(wǎng)濾波算法對地面點與非地面點進行分離；第二步是設計測區(qū)內有關目標物的高程閾值，對其進行分離；第三步是運用數(shù)學形態(tài)算法準確提取出相應目標物。結束這一步驟后，于CASS地形地籍成圖軟件中導入點云三維空間數(shù)據(jù)

。

5 無人機航空攝影測量技術在礦山儲量監(jiān)測中應用實例

國內某礦山位于東經(jīng)86° 19′16″ ～86° 21′2″，北緯41°30′6″～41°31′24″。該礦為露天建筑用砂礦，礦區(qū)面積0.471km

，年生產(chǎn)規(guī)模1.8萬m

，開采標高920m～900.7m。

（1）無人機航拍攝影測量。運用無人機航拍攝影測量技術監(jiān)測礦產(chǎn)儲量。航測時，采用小型無人機，無人機飛行航線設置為交叉航線，相機拍攝的原片保持航帶內、航帶間80%、60%重疊，由無人機搭載拍攝像機拍攝礦區(qū)，拍攝得到的真彩色相片分辨率保持在0.06m左右。運用無人機航拍攝影測量時，對控制測量部分采用野外鋪地標點的方式進行。為保證測量精度，將地標點直徑設置為1m。航測時，劃定航測區(qū)域，并在航測區(qū)域的中央及四周共布置5個控制點，這樣既可提升測量精度，又能減少野外作業(yè)，提高無人機航拍攝影測量效率。運用無人機搭載相機航測時，通過光束法空中三角測量進行，測量所得的控制測量結果由外業(yè)提供，定向點的高程值與平面坐標由內業(yè)解算。完成空三加密后，以空三加密結果為基礎，對點云進行密集匹配處理，處理后生成測區(qū)0.3網(wǎng)格間距的三維點云文件。三維點云文件生成后，以點云文件為基礎生成測區(qū)1：1000的DEM。之后，結合DEM與外方位元素，對每個像對逐一地進行數(shù)字微分糾正處理，通過處理后得到DOM。然后對不同像對的DOM經(jīng)鑲嵌、圖廓裁切、色彩平衡處理與圖廓整飾后，得到測繪區(qū)的1：1000DOM。運用無人機航拍攝影測量技術對該礦產(chǎn)儲量情況進行監(jiān)測時，最重要的一項步驟還是DEM與DOM質量檢查步驟。工作人員在將DEM與DOM用于礦山儲量動態(tài)監(jiān)測前，要采用系統(tǒng)化的方法對兩者精度做詳細檢查，確保生成的DOM與DEM完全達到精度要求，具有一定的參考價值與應用價值。具體的檢查方法是，在測區(qū)內，隨機布設幾個野外檢查點，利用野外檢查點檢查無人機生成的數(shù)據(jù)質量。若經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)DEM與DOM數(shù)據(jù)精度誤差小于限差，則確定數(shù)據(jù)可用。

（2）無人機數(shù)據(jù)礦山動用儲量監(jiān)測。本次監(jiān)測項目中的礦坑邊緣清晰，具有廣泛的代表性，可以用無人機航拍攝影測量數(shù)據(jù)分析或監(jiān)測其儲量。在對礦山實施開采之前，礦坑地形近似一個平面，所以在基于無人機航拍攝影所得數(shù)據(jù)計算礦山儲量時，先假定兩個礦坑的上底面為礦坑邊緣測量高程點的均值。然后，將由無人機航拍攝影測量所得的DEM與DOM數(shù)據(jù)作為無人機礦產(chǎn)監(jiān)測的下底面。確定好上底面與下底面數(shù)據(jù)后，運用ArcGIS Desktop分別創(chuàng)建分辨率、高程與柵格圖層，創(chuàng)建結束后，將其使用礦坑便捷進行裁剪，裁剪為與下底面一致的區(qū)域作為計算的上底面。運用ArcGIS Desktop的柵格代數(shù)運算器將上底面減去下底面，計算出下底面與上頂面的差值。對差值面的各項參數(shù)，使用ArcGIS Desktop的柵格區(qū)域統(tǒng)計工具進行統(tǒng)計，得到所需要的數(shù)據(jù)。

6 結語

綜上所述，無人機航拍攝影測量技術機動靈活，受外部條件的制約少，測量精度與測量質量均有保證，十分適用于礦山儲量監(jiān)測工作。在運用無人機航拍攝影測量技術監(jiān)測礦山儲量時，要掌握技術特征特點，并結合礦產(chǎn)實際情況科學設計航線、航高、航速等關鍵參數(shù)，并設置好監(jiān)測點位，處理與運用好監(jiān)測數(shù)據(jù)，將無人機航拍攝影測量技術的作用與優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

[1]蘭寒玉．低空無人機攝影測量精度分析[J]．測繪與空間地理信息,2021,44(12)：167-171．

[2]李蓬勃,馬強,黃德勝,陳傳剛,向永忠．無人機航空攝影測量技術在石灰?guī)r礦區(qū)測量中的應用[J]．中國非金屬礦工業(yè)導刊,2021(04)：63-66．

[3]石寧卓．礦山監(jiān)測中航空攝影測量數(shù)據(jù)的自動化處理方法研究[J]．世界有色金屬,2021(15)：21-22．

[4]蘆斌．礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中無人機攝影測量技術的應用研究[J]．中國金屬通報,2021(04)：137-138．

[5]劉東． 騰沖市礦山儲量管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]．中國礦業(yè)大學,2020．

[6]唐劍．礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中無人機攝影測量技術的應用研究[J]．世界有色金屬,2018(13)：30+32．

[7]李超．無人機攝影測量技術在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應用[J]．世界有色金屬,2018(02)：23-24．

[8]時平平,崔世?。畽璐h礦山儲量動態(tài)檢測的實踐及研究[J]．資源導刊,2017(08)：20-21．

[9]楊青山,范彬彬,魏顯龍,包琦,許正鵬,喻帆．無人機攝影測量技術在新疆礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應用[J]．測繪通報,2015(05)：91-94．