基于无人机摄影测量技术的矿山开采监测研究

史文芳

（甘肃煤田地质局综合普查队，甘肃 天水 741000）

露天矿的不合理开发和利用已经对我国矿产资源造成极大浪费，也污染了周边地质环境，如果继续无序开采，很有可能引发相关地质灾害。近年来，国家矿业局和各地政府以露天矿的开采范围、开采标高和储量动用为核心，不断加大对管辖区域内露天矿开采监测力度。但是因为露天矿大多存在于偏远山区，交通不便，环境恶劣，很多区域监管人员难以到达，所以整体监管工作难度极大，必须探寻更先进的监管方式，提高监管效率。基于无人机摄影测量技术应用于矿山开采监测可以大大减轻监测人员的工作量，提高工作效率，具有非常重要的现实意义[1]。

1 无人机摄影测量技术分析

无人机摄影测量系统包括机体本身、信号发射和回收装置、电源系统、飞行控制系统、数据分析系统等。机体本身装有微型摄像头，电源系统可以为所以分析硬件提供电力能源支持。机体飞到监测矿区时，通过飞行控制台，摄像系统和信号发射系统开始工作，对监测区域进行信号覆盖和回收。综合来看，无人机本身所附带的数码摄像机和数码照相机等数字遥感拍摄系统可以实现对露天矿区地理信息和实时情况的有效监测[2]。

2 基于无人机摄影测量技术的矿山开采监测技术

无人机数据获取。现代无人机摄影测量技术可以获取DLG、DEM、DOM三类数据影像，具体影像数据获取流程如图1所示。

无人机矿区摄影监测方案。在测量以前必须提前对监测矿区地质环境进行初步估算，从而根据拍摄比例尺和测区高程，确定无人机摄影测量航行高度。无人机摄影必须获取到真彩色向分辨率小于0.06m的矿区实景图案，在对矿区进行低空测量时，必须保持航带内重叠率超过80%，航带重叠间重叠率为60%以上。

图1 影像数据获取流程图

像控点测量方案和空三加密。所谓像控点主要是在影像拍摄过程中需要工作人员反复查看的区域地表坐标和对应影像。对于像控点的选择，必须采取明显的地理位置点和野外地标点相结合的方式进行选取。像控点的具体测量方式可以利用HNCORS网络和RTK测量技术，每个像控点需要测量五次以上，取其平均值作为像控点的最终目标成果。空三加密是指利用现代光学原理和光束测距法在空中进行区域三角测量。由无人机的外部影像数据提供控制结果，由内部影像数据测算检测测量点和平面坐标值以及无人机高程值。

DEM和DOM制造。对数据图像进行空三加密处理后，基于加密成果，得出密集匹配点，生成监测区三维密集点数据，并根据点数据进一步生成监测区的DEM图像。根据露天矿区的外部方位点和DEM图像，可以对每个图像进行数据分析纠正和微分数据管理，最终得到DOM数据。通过网络软件的镶嵌、图形轮廓剪裁、色彩清晰平衡处理、图形整体修饰等步骤，生成项目区的DOM图像。

3 矿山开采监测技术主体应用

①矿山开采范围监测。矿山开采范围检测的工作重点是监测矿山整体范围内，有无越界开采的行为。根据无人机摄影数据生成的DOM影像图，可以确定露天矿区的实际边界，再与当地矿业局记录的采矿界线坐标进行对比，从而判断是否存在越界开采行为。因为现代最先进的无人机摄影技术对于平面线条测量误差不超过1米，所以完全可以满足开采范围监测要求。②矿区动用储量监测。根据无人机空中摄影测量得到的DEM数据信息，可以对露天矿区动用储量情况进行实际测量。在实际应用中，需要借助ARCGIS数据分析软件，利用内置的数据规划和区域统计工具，对平面差值内的各项参数进行统计，得出矿区储量数据。由于无人机获取的DEM数据精度较高，点密度较大，完全可以真实反映矿区情况。

4 实验验证

为了实际测量基于无人机摄影技术的矿山开采监测技术是否真实有效，对无人机空三加密精度和无人机摄影平面精度进行实际测评，结果如表1和表2。

表1 加密点统计表

N3 0.255 0.55 0.78 N4 0.378 0.25 0.14 N5 0.78 0.40 0.19 N6 0.25 0.17 0.98

表2 无人机低空摄影测量平面精度表

经过实验数据测算，本测量技术基本误差在13厘米以内，高程误差在17厘米以内，完全可以作为监测手段使用。

5 结语

整套监测技术需要经历无人机低空摄影、像控点选取、空三加密、数据绘图、绘图编辑等步骤，通过最终成型的DEM和DOM数据和图形，实现对矿区开采范围和矿区动用储量的监测。通过后期利用ARCGIS数据分析软件和RTK技术可以重复检验测量数据的真实性，最大程度减小误差，可以预见，该监测技术的应用将会越来越广泛。

[1]张敏峡,范高林,范东林.基于无人机低空摄影测量技术的露天矿山开采监测研究[J].世界有色金属,2016,19(17):73-74.

[2]李永生,赖华荣,卢春盛,等.无人机摄影测量技术在矿产开采执法监察中的应用[J].测绘通报,2017,25(s1):95-99.