礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測中無人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用分析

莊宏坤

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊(duì)，四川 成都 610052）

當(dāng)前社會(huì)上對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量不斷提高，在滿足礦產(chǎn)資源需求時(shí)不能一味的對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行開發(fā)，應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)的開發(fā)計(jì)劃，避免礦產(chǎn)資源頻繁出現(xiàn)枯竭的現(xiàn)象，對(duì)于未來社會(huì)的持續(xù)發(fā)展有著不利影響。礦山儲(chǔ)量監(jiān)測是了解礦產(chǎn)資源總量的重要方式，為了能夠更加直接的了解儲(chǔ)量變化情況，開始選擇動(dòng)態(tài)化監(jiān)測手段，無人機(jī)攝影測量技術(shù)則是較為常用的一種監(jiān)測技術(shù)，可以在短時(shí)間內(nèi)獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測精度，對(duì)于礦產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式的調(diào)整有著積極影響。相關(guān)人員需要正確認(rèn)識(shí)無人機(jī)攝影測量技術(shù)的特點(diǎn)以及礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測要求，將該種測繪技術(shù)能夠有機(jī)融入到礦產(chǎn)儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測活動(dòng)中。

1 無人機(jī)攝影測量技術(shù)

無人機(jī)是當(dāng)前各個(gè)行業(yè)均廣泛應(yīng)用的一種飛行裝備，在信息技術(shù)的影響下其應(yīng)用范圍擴(kuò)大，在工程建設(shè)領(lǐng)域﹑采油領(lǐng)域﹑消防領(lǐng)域﹑農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域取得了較好的應(yīng)用效果。無人機(jī)操作較為靈活，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，并且具備智能化的優(yōu)勢，能夠?qū)λ@取的數(shù)據(jù)行智能處理。通過將無人機(jī)技術(shù)和攝影測量技術(shù)進(jìn)行融合形成了無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)，在歷史學(xué)領(lǐng)域以及考古學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，能夠針對(duì)大量的攝影測量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理，在完成計(jì)算后得出測量結(jié)果。目前在礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測活動(dòng)中也開始運(yùn)用這一技術(shù)，該技術(shù)主要包括綜合測量法﹑全方位測量法以及劃分測量法，不同測量方法的特點(diǎn)有所不同[1]。綜合測量法在土地調(diào)查過程中應(yīng)用較多，全方位測量法適宜在山區(qū)數(shù)據(jù)測量中應(yīng)用，劃分測量法則可以選擇在丘陵區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用，需要相關(guān)人員能夠結(jié)合具體的測量要求以及地形特點(diǎn)選擇監(jiān)測方式。

2 無人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用價(jià)值和優(yōu)勢

2.1 應(yīng)用價(jià)值

礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測作業(yè)的開展難度較大，需要利用較為專業(yè)的理論以及技術(shù)，特別是礦山所在區(qū)域偏僻，地形復(fù)雜，所需要面臨的工作環(huán)境較為惡劣，使得監(jiān)測活動(dòng)的難度進(jìn)一步增加。傳統(tǒng)的礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測作業(yè)需要投入較多的資源，包括人力資源﹑物力資源以及財(cái)力資源，所需要消耗的時(shí)間也較長，難以及時(shí)獲取礦山儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)，無法取得預(yù)期的監(jiān)測效果，也給后續(xù)礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)帶來了不利影響。通過無人機(jī)攝影測量技術(shù)的應(yīng)用可以以無人機(jī)作為基礎(chǔ)，針對(duì)礦區(qū)的各個(gè)角落實(shí)施大面積測量，擴(kuò)大了測量范圍，減少了測量所需要的時(shí)間，提高了監(jiān)測活動(dòng)的開展效率。無人機(jī)攝影測量技術(shù)利用空中作業(yè)的方式進(jìn)行測量，減少了地形給測量活動(dòng)帶來的影響，能夠忽略地勢復(fù)雜因素的不利因素，減輕了礦山動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的監(jiān)測難度。無人機(jī)帶有數(shù)碼相機(jī)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)的分辨率持續(xù)提高，利用高分辨率的相機(jī)能夠及時(shí)獲取測量區(qū)域內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)，獲得更加清晰的數(shù)據(jù)圖像，避免在人為監(jiān)測過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差。數(shù)碼相機(jī)所拍攝的圖片可以上傳到系統(tǒng)中，作為后續(xù)礦山開采活動(dòng)所依據(jù)的數(shù)據(jù)。無人機(jī)攝影測量技術(shù)所需要投入的成本較少，需要針對(duì)無人機(jī)及其佩戴的裝置設(shè)備進(jìn)行改善即可，在物力資源﹑時(shí)間成本以及人力資源方面投入較少，能夠有效提高監(jiān)測效益，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。無人機(jī)攝影測量技術(shù)在使用的過程中只需要針對(duì)天氣進(jìn)行預(yù)測，盡可能避開存在氣象災(zāi)害隱患的天氣即可，使用不受限制，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，能夠滿足現(xiàn)階段礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測需求[2]。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢

從技術(shù)角度來講無人機(jī)攝影測量技術(shù)具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢，具有技術(shù)可行性，主要表現(xiàn)在測量精度以及后續(xù)數(shù)據(jù)計(jì)算兩個(gè)方面。第一，通過無人機(jī)攝影測量技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)精度水平較高。在以往的測量作業(yè)模式下，在針對(duì)礦山儲(chǔ)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測時(shí)所獲取的數(shù)值為真值，在具體的測量作業(yè)過程中，利用傳統(tǒng)測量作業(yè)所獲取的結(jié)果減去無人機(jī)攝影測量技術(shù)所獲得的結(jié)果得出偏差值，之后利用偏差量和傳統(tǒng)測量結(jié)果進(jìn)行相除，能夠得出在礦山儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測過程中所存在的相對(duì)誤差。在測量過程中如果發(fā)現(xiàn)礦坑內(nèi)出現(xiàn)堆積的現(xiàn)象，則以往的監(jiān)測手段會(huì)通過計(jì)算規(guī)則椎體的方式進(jìn)行分析，可以針對(duì)礦坑外部表面位置進(jìn)行完整擬合處理，之后對(duì)分辨率進(jìn)行有效控制。通過0.1米的分辨率可以及時(shí)形成DEM，能夠針對(duì)礦坑進(jìn)行更加精準(zhǔn)的測量，可以為礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測活動(dòng)的開展提供重要保障[3]。

第二，通過無人機(jī)攝影測量技術(shù)能夠有效提高計(jì)算效率。計(jì)算效率是該技術(shù)較為特殊的一項(xiàng)優(yōu)勢，可以在短時(shí)間內(nèi)針對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，例如，如果需要針對(duì)某個(gè)礦區(qū)實(shí)施儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測，以往的人工監(jiān)測模式需要通過42小時(shí)才可以完成工程測量作業(yè)，而利用新型的無人機(jī)攝影測量手段只需要16個(gè)小時(shí)即可完成監(jiān)測作業(yè)。在具體的技術(shù)應(yīng)用過程中需要先明確像素點(diǎn)，要求像素點(diǎn)的數(shù)量在5個(gè)或者5個(gè)以上，之后使用數(shù)碼相機(jī)對(duì)礦區(qū)實(shí)施監(jiān)測測量，利用測量過程中的照片進(jìn)行分析，提取監(jiān)測數(shù)據(jù)。在對(duì)其數(shù)據(jù)實(shí)施處理后將其制作成為DOM﹑DEM，可以滿足后續(xù)的礦區(qū)監(jiān)測需求，為相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的開展提供重要的數(shù)據(jù)支持。

由此可見，在礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測活動(dòng)中新型技術(shù)的應(yīng)用是具有極強(qiáng)可行性的，應(yīng)用優(yōu)勢較為突出，充分發(fā)揮了無人機(jī)靈活的功能特點(diǎn)，獲取高分辨率的相片，可以在今后的動(dòng)態(tài)監(jiān)測過程中進(jìn)行應(yīng)用。

3 礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測中無人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測作業(yè)所需要經(jīng)歷一系列的流程，在無人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用過程中應(yīng)當(dāng)遵循技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，這樣才能夠充分發(fā)揮技術(shù)的效果，提升監(jiān)測質(zhì)量。當(dāng)前個(gè)別工作人員認(rèn)為無人機(jī)攝影測量技術(shù)只是需移動(dòng)無人機(jī)拍攝照片即可，在具體的監(jiān)測過程中缺少監(jiān)測重點(diǎn)，對(duì)于要求較多的環(huán)節(jié)沒有進(jìn)行要點(diǎn)把控，使得無人機(jī)攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢未能完全發(fā)揮[4]。下文從4個(gè)角度出發(fā)對(duì)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了分析，以期能夠?yàn)闊o人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用提供參考。

3.1 對(duì)整體環(huán)境實(shí)施監(jiān)測

在進(jìn)行監(jiān)測測量時(shí)需要對(duì)礦山環(huán)境進(jìn)行分析，這是影響動(dòng)態(tài)監(jiān)測效果的主要因素，可以更好的把握礦山儲(chǔ)量所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，對(duì)于后續(xù)礦山管理策略的制定有著重要意義。在礦區(qū)需要對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行合理開采，當(dāng)完成開采作業(yè)并將其運(yùn)出之后土體結(jié)構(gòu)會(huì)受到影響，其完整性被破壞，這也會(huì)使得礦區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)較為顯著的應(yīng)力變化問題。如果沒有及時(shí)對(duì)這一變化進(jìn)行監(jiān)測和分析，很有可能會(huì)增加后續(xù)開采作業(yè)的難度引發(fā)安全問題。例如在礦山開采活動(dòng)中出現(xiàn)了開采區(qū)陷落的現(xiàn)象，給礦產(chǎn)資源開采活動(dòng)的開展帶來了一定的阻礙，并且監(jiān)測時(shí)所需要面臨的環(huán)境復(fù)雜程度較高，也使得工作阻力有所上升。在使用無人機(jī)攝影測量技術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)針對(duì)礦山的整體情況實(shí)施全面檢查，對(duì)無人機(jī)的飛行起點(diǎn)以及終點(diǎn)進(jìn)行明確，優(yōu)化無人機(jī)航線設(shè)計(jì)，保證其可以對(duì)礦山整體進(jìn)行巡查，了解礦山整體環(huán)境在開采過程中所產(chǎn)生的變化，為礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)化監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析提供基礎(chǔ)保障[5]。

3.2 精準(zhǔn)獲取動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)

在礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測活動(dòng)中變化數(shù)據(jù)的獲取質(zhì)量是極其關(guān)鍵的，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)能夠有效提高監(jiān)測效果，保證后續(xù)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。無人機(jī)攝影測量技術(shù)能夠從高空對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛策M(jìn)行整體檢查，獲取真實(shí)直觀的地貌資料，讓相關(guān)人員可以了解礦區(qū)開采的具體情況，通過對(duì)所獲取的地形地貌信息進(jìn)行處理可以形成礦區(qū)三維模型，以立體的方式向相關(guān)人員展示礦區(qū)的目前情況，相關(guān)工作人員可以通過三維模型調(diào)整的方式對(duì)動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行分析。在測量作業(yè)中需要先做好像控點(diǎn)設(shè)置活動(dòng)，在設(shè)置時(shí)需要先保證像控點(diǎn)的數(shù)量能夠滿足測量需求，同時(shí)還需要從平面點(diǎn)以及平高點(diǎn)兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)其布設(shè)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。在布設(shè)的過程中可以使用RTK技術(shù)或者CORS技術(shù)，能夠提高后期數(shù)據(jù)處理和管理效率。RTK技術(shù)為載波相位差分技術(shù)，可以同時(shí)針對(duì)兩個(gè)測量載波相位進(jìn)行有效測量，具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，在工程測量過程中擁有較大優(yōu)勢。在具體的測量過程中會(huì)將基準(zhǔn)站所收集的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收設(shè)備，通過求差的方式計(jì)算坐標(biāo)，是當(dāng)前市政工程測量過程中經(jīng)常選擇的衛(wèi)星定位測量手段。如圖1所示，即為礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測流程[6]。

圖1 礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測流程

在明確像控點(diǎn)位置之后，為了能夠提升測量質(zhì)量，需要對(duì)航空拍攝計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整和規(guī)劃，一般情況下可以選擇中海達(dá)iFly D1 pro四旋翼無人機(jī)航攝遙感系統(tǒng)。該無人機(jī)0.9≤軸距≤1m，標(biāo)準(zhǔn)載荷≥2kg，同時(shí)支持RTK/PPK差分定位，定位精度平面±2.5cm+1ppm，高程±5mm+1ppm，巡航速度12m/s，最大速度15m/s，續(xù)航時(shí)間≥60min，支持.kml﹑.kmz文件直接生成航線，當(dāng)任務(wù)完成后，可于屏幕上查看飛行過程及數(shù)據(jù)。在進(jìn)行測量作業(yè)時(shí)需要關(guān)注控制地點(diǎn)直徑，如果直徑為1m，需要明確測量中心點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)在四周布設(shè)控制點(diǎn)位。重視對(duì)光束法進(jìn)行合理應(yīng)用，光束法區(qū)域網(wǎng)平差是以一幅影像所組成的一束光線作為平差的基本單元，以中心投影的共線方程作為平差的基礎(chǔ)方程。通過各個(gè)光線束在空間的旋轉(zhuǎn)和平移，使模型之間的公共點(diǎn)的光線實(shí)現(xiàn)最佳的交會(huì)并使整個(gè)區(qū)域最佳地納入到已知的控制點(diǎn)坐標(biāo)系中去。通過各種方式能夠完成三角測量要求，在測量完畢后需要根據(jù)空三加密結(jié)果形成DEM和DOM，能夠針對(duì)平面坐標(biāo)進(jìn)行結(jié)算，為后續(xù)中高程數(shù)值的明確提供數(shù)據(jù)支持[7]。

3.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理

內(nèi)業(yè)處理屬于該技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，可以對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效利用，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值和功能。在具體的處理活動(dòng)中需要對(duì)設(shè)備曝光攝影時(shí)所處的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，獲取瞬間三維坐標(biāo)之后結(jié)合GPS技術(shù)明確坐標(biāo)所在位置，能夠明確無人機(jī)所在位置，了解在該位置的礦山情況。對(duì)無人機(jī)飛行過程中的姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析和參考，以此為基礎(chǔ)利用云計(jì)算系統(tǒng)完成空三解算處理，并對(duì)圖形的色彩進(jìn)行適當(dāng)處理。在處理圖形色彩時(shí)應(yīng)保證處理方式的規(guī)范化，使用矢量化自動(dòng)成圖軟件進(jìn)行處理，能夠提升圖像之間銜接的合理性，還可以保證圖像色彩處于統(tǒng)一的狀態(tài)。在完成處理后對(duì)其進(jìn)行整合能夠獲取測量區(qū)域的地形圖紙。在無人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用過程中，無人機(jī)的飛行狀態(tài)會(huì)給圖形的攝影帶來一定影響，從而給最終的成圖精度帶來影響，因此在后期分析時(shí)需要對(duì)這一因素進(jìn)行參考。除此之外，還需要做好畸變數(shù)據(jù)的處理，對(duì)其進(jìn)行糾正，一般情況下可以選擇正射糾正法進(jìn)行處理，能夠?qū)D像點(diǎn)位之間存在的位移偏差問題進(jìn)行有效處理。在計(jì)算過程中，將像底點(diǎn)到達(dá)像點(diǎn)基線長和起幅高層進(jìn)行相乘，之后除以無人機(jī)此時(shí)的飛行高度。通過對(duì)位移偏差進(jìn)行有序計(jì)算能夠?yàn)闊o人機(jī)設(shè)備的飛行和運(yùn)作提供有效指導(dǎo)，從而提高監(jiān)測結(jié)果處理的合理性[8]。

3.4 礦坑上下底面監(jiān)測

在進(jìn)行礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測過程中需要關(guān)注上下兩個(gè)底面的監(jiān)測，這兩個(gè)環(huán)節(jié)屬于監(jiān)測作業(yè)的關(guān)鍵。在上底面監(jiān)測作業(yè)過程中，需要對(duì)原始地貌進(jìn)行仔細(xì)分析，以此為基礎(chǔ)研究了解礦區(qū)地貌所處的自然狀態(tài)，為了能夠保證監(jiān)測的有序性，可以將上底面作為平面。在監(jiān)測時(shí)需要對(duì)礦坑邊緣測量高程點(diǎn)均值進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。在下底面監(jiān)測過程中，需要利用計(jì)算設(shè)備針對(duì)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量實(shí)施計(jì)算，利用上下底面相減后所得的數(shù)值即可了解差值情況。在進(jìn)行礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備總量的評(píng)估過程中，需要結(jié)合采坑面積因素﹑采深因素進(jìn)行綜合分析，以1∶1000的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖片中的內(nèi)容展開分析[9]。

4 結(jié)語

礦產(chǎn)資源主要是由于地質(zhì)成礦作用而形成的資源類型，以固態(tài)﹑液態(tài)或者氣態(tài)的形式存儲(chǔ)，包括能源礦產(chǎn)﹑金屬礦產(chǎn)﹑水氣礦產(chǎn)以及非金屬礦產(chǎn)多個(gè)類型，在我國各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。礦產(chǎn)資源供應(yīng)和需求的矛盾問題，需要重視對(duì)礦山儲(chǔ)量監(jiān)測作業(yè)模式進(jìn)行調(diào)整，為礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)提供重要保障。在應(yīng)用無人機(jī)攝影測量技術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)整體環(huán)境實(shí)施監(jiān)測，精準(zhǔn)獲取動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，做好動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理，對(duì)礦坑上下底面進(jìn)行監(jiān)測，充分發(fā)揮無人機(jī)攝影測量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢和價(jià)值。在未來的社會(huì)發(fā)展過程中礦產(chǎn)資源供需矛盾將會(huì)進(jìn)一步加劇，應(yīng)當(dāng)不斷對(duì)測量手段進(jìn)行創(chuàng)新，提高動(dòng)態(tài)監(jiān)測質(zhì)量。