旋翼無人機(jī)航測在礦山測量中的應(yīng)用

趙少鋒

（華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050024）

1 旋翼無人機(jī)航測技術(shù)概述

隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，將無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用在礦山測量過程中能夠有效地提高礦山測量的效率和測量質(zhì)量。在無人機(jī)航測技術(shù)發(fā)展過程中，固定翼無人機(jī)航測技術(shù)已經(jīng)比較成熟。但是在單個(gè)礦區(qū)測繪工作中，使用旋翼無人機(jī)能夠更好的節(jié)省測量成本，提高測繪效率，旋翼無人機(jī)可以搭載實(shí)時(shí)位置以及姿態(tài)測量設(shè)備，同時(shí)配合慣導(dǎo)技術(shù)，能夠?qū)γ恳幻霟o人機(jī)所在的空間位置和測量設(shè)備的姿態(tài)情況進(jìn)行精確的計(jì)算，從而保證每一幅測量圖的精確定位和計(jì)算。同時(shí)旋翼無人機(jī)具有較好的抗干擾性，能夠抵抗六級強(qiáng)風(fēng)和暴雨天氣等，其爬上速補(bǔ)能達(dá)到7.5m/s左右，飛行速度可以達(dá)到15m/s。使用搭載的攝像設(shè)備能夠進(jìn)行懸停拍攝，并且可以根據(jù)設(shè)定的航測路線完成自動(dòng)行航攝，并且在旋翼無人機(jī)測量范圍五公里內(nèi)，能夠有效地是實(shí)現(xiàn)拍攝數(shù)據(jù)傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和有效性。因此，將旋翼無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用在礦山測量中能夠更好的滿足現(xiàn)代礦山測量的需求，提高礦山測量工作效率[1]。

2 礦山測量工作概述

礦山測量指的是礦山開采的各個(gè)階段所需要測量的所有工作。但是一般對礦山測量工作進(jìn)行研究時(shí)，主要指的是地面上的礦區(qū)地形圖測繪工作、礦山界線測量以及放樣工作、礦山地圖測繪工作等。一般情況下，因?yàn)榈V區(qū)都處于山區(qū)地帶，而山區(qū)的地形地貌都比較復(fù)雜，例如樹木，森林，溝壑以及坑洞等自然條件都會提高礦山測量工作的難度。并且因?yàn)樯?、溝壑以及坑洞的影響，可能會?dǎo)致測量工作的可達(dá)性和通視性不足。為了解決礦山測量工作中的通視性和可達(dá)性問題，測繪人員需要冒著受傷甚至生命危險(xiǎn)到達(dá)界樁點(diǎn)，才能保證測量工作能夠順利進(jìn)行。因此，傳統(tǒng)的礦山測量工作量十分大，測繪成本也比較高。而隨著現(xiàn)代礦山測量的需求，測量工作內(nèi)容有了更大變化。傳統(tǒng)的測繪工作已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代礦山測量需求，因此，應(yīng)用全站儀、GPSRTK技術(shù)提高測繪工作效率和質(zhì)量成為當(dāng)前礦山測量的主要發(fā)展趨勢。

3 旋翼無人機(jī)航測在礦山測量中的應(yīng)用

3.1 對無人機(jī)航線進(jìn)行設(shè)計(jì)

在使用旋翼無人機(jī)進(jìn)行航測量工作時(shí)，要以礦山測量區(qū)域內(nèi)的地圖影像為主要參考依據(jù)，這樣才能確保航測工作能夠順利完成。第一，必須提前設(shè)置好測量區(qū)域的坐標(biāo)，無人機(jī)飛行的航線和方向等信息，才能保證旋翼無人機(jī)在進(jìn)行航行測量時(shí)能夠與旁向相互重疊。第二，在無人機(jī)航測過程中，要對礦區(qū)內(nèi)的測繪區(qū)域進(jìn)行有效選擇。一般會使用縱向方向交叉布置的方式選擇礦區(qū)內(nèi)的測繪區(qū)域。第三，在設(shè)置無人機(jī)航線和飛行方向時(shí)，必須保證設(shè)置參數(shù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，一定要根據(jù)測量需求提前設(shè)置，保證無人機(jī)可以根據(jù)提前設(shè)置好的航線和方向完成自動(dòng)航測工作。與此同時(shí)，對無人機(jī)進(jìn)行航測時(shí)的的電量情況要進(jìn)行時(shí)刻關(guān)注，如果無人機(jī)在航測過程中出現(xiàn)問題，要及時(shí)更換電池或者采取其他措施解決問題，才能夠確保航測工作的順利性[2]。

3.2 重視對地面控制工作的管理

將旋翼無人機(jī)應(yīng)用在礦山測量工作中，必須重視地面控制工作質(zhì)量，工作人員必須根據(jù)無人機(jī)航測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，結(jié)合測量區(qū)域內(nèi)的具體情況，對控點(diǎn)進(jìn)行有效布設(shè)。在此基礎(chǔ)上，才能夠進(jìn)行下一步的現(xiàn)場測定工作。在對控點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)的過程中，測量人員必須充分考慮礦山測量區(qū)域的具體情況，要對礦山測量區(qū)域的地形特點(diǎn)進(jìn)全面分析，才能充分保證控點(diǎn)布設(shè)的準(zhǔn)確性和合理性。只有這樣才能在最大程度上確保旋翼無人機(jī)航測獲取準(zhǔn)確度比較高的數(shù)據(jù)信息。

3.3 對無人機(jī)航測加密結(jié)果精度以及采集精度評定與分析

在進(jìn)行加密結(jié)果精度以及采集精度評定分析工作中，主要根據(jù)以下方面完成評定以及分析工作：第一，空中三角測量工作。將空中三角測量方法應(yīng)用在無人機(jī)航測過程中，能夠在一定程度上提高航測結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。因?yàn)槭褂脽o人機(jī)的數(shù)碼影像測量一些較小面積的控制點(diǎn)時(shí)，只能或許比較少的信息量。但是在對礦山區(qū)域內(nèi)獲取的航測影像進(jìn)行信息提取時(shí)，必須對外方位元素以及加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。但是信息提取量比較少時(shí)，可能會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在比較大的誤差。因此，要合理應(yīng)用空中三角測量工作，要在專門的數(shù)據(jù)軟件中對收集到的信息進(jìn)行有效處理。對現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的充分利用，可以進(jìn)一步保證測量效果最佳化，保證測量結(jié)果的精準(zhǔn)性。第二，嚴(yán)格控制測量結(jié)果分析精度。無人機(jī)在航測過程中，使用一些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方式對定向點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

同時(shí)，還要全面掌握計(jì)算結(jié)果的誤差和最大誤差值。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)對計(jì)算結(jié)果的對比分析，才能對連接點(diǎn)誤差和最大誤差值進(jìn)行確定。同樣，還要對計(jì)算結(jié)果整體進(jìn)行分析和研究，在分析過程中要重視航測技術(shù)的應(yīng)用范圍，一般情況下，航測技術(shù)在小區(qū)域大比例等測繪工作中應(yīng)用效果更好。

3.4 無人機(jī)航測在數(shù)字礦山測繪中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國的礦山測量工作對數(shù)字技術(shù)的充分應(yīng)用，以數(shù)字礦山為主的礦山測量建設(shè)工作成為主要發(fā)展趨勢。在數(shù)字礦山建設(shè)過程中，主要是對一些現(xiàn)代化的測繪手段進(jìn)行有效利用，能夠保證對礦山整體情況有更加科學(xué)和準(zhǔn)確的分析。這樣可以在最大程度上確保建立數(shù)字化礦山模型更加精準(zhǔn)和可靠。從而為礦山開采工作以及相關(guān)的施工管理工作提供科學(xué)合理的技術(shù)參考以及數(shù)據(jù)保證，并且能夠在一定程度上提高礦山資源的綜合利用效率。將無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用在數(shù)礦山測繪過程中，主要包括以下環(huán)節(jié)：第一，無人機(jī)航測的攝像控點(diǎn)布設(shè)以及數(shù)據(jù)采集工作。在旋翼無人航測工作進(jìn)行的過程中，測量人員一定要根據(jù)測量工作的操作規(guī)范對控點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。要確保布設(shè)無人機(jī)航測攝像的控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性和有效性，在此基礎(chǔ)上，還要使用RTK差分定位方式獲取攝像控點(diǎn)范圍的立體數(shù)據(jù)，同時(shí)獲取準(zhǔn)確有效的平面數(shù)據(jù)。第二，攝像編輯工作、建模工作以及外業(yè)調(diào)繪工作。在無人機(jī)航測過程中，需要對相關(guān)的以上信息進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)記錄，將影像信息內(nèi)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)立體測繪軟件可以對影像進(jìn)行自動(dòng)匹配。然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效拼接后，可以建立出直觀的三維立體模型。然后對預(yù)先布置好的控制點(diǎn)進(jìn)行影像坐標(biāo)數(shù)據(jù)設(shè)置，能夠保證影像匹配的準(zhǔn)確度。利用內(nèi)業(yè)繪制軟件對有效輪廓、邊線、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定。這樣可以在最短時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)信息匹配工作。第三，開展DOM數(shù)據(jù)制作。只有應(yīng)用專業(yè)的航測軟件，才能夠在無人機(jī)航測過程中將航測相片進(jìn)行影像糾正、融合、鑲嵌、裁切，才能確保得到有效可靠的數(shù)字正射影像圖。除此之外，還要準(zhǔn)確調(diào)節(jié)色調(diào)和亮度，才能夠在一定程度上保證影像清晰度，進(jìn)一步確保獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]。第四，提取高程數(shù)據(jù)和勾繪地類地物，生成電子版地形圖。第五，提交成果資料。包括技術(shù)報(bào)告，數(shù)字正射影像圖（DOM），DWG格式的礦區(qū)地形圖，像控點(diǎn)坐標(biāo)等。

4 結(jié)語

綜上所述，將旋翼無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用在礦山測量過程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。特別是礦山測量工作規(guī)模相對較小時(shí)，使用旋翼無人機(jī)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量過程中的不足，能夠提高礦山測量的通視性和可達(dá)性要求。而當(dāng)?shù)V山測量工作規(guī)模比較大時(shí)，使用固定翼無人機(jī)可以對測量區(qū)域進(jìn)行更加有效準(zhǔn)確的測量，提高測量效率。尤其是隨著高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)以及激光設(shè)備輕型化在無人機(jī)航測技術(shù)中的應(yīng)用，能夠提高無人機(jī)航測手段的多樣化，并且在很大程度上提高測繪工作的精度。這樣能夠極大的節(jié)省礦山測量過程中的人力勞動(dòng)工作量，并且能夠減少人為測量操作失誤，導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度不足問題。因此，要根據(jù)無人機(jī)航測技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用在測繪工作的各個(gè)領(lǐng)域能夠提升測繪工作質(zhì)量。