无人机在矿山动态监测中的应用

谢忠俍

摘要：现阶段的矿山开发过程中需要获取矿山开采的地理范围、地质情况以及存储量检测等有效数据，一般传统采用的测量方法效率较低。基于此分析无人机的优势，利用无人机低空摄影测量，制定相应的测量方案流程，对大宝山矿区进行测量监控工作。

关键词：无人机；动态监测；矿山

无人机航测遥感以一种新型的低空航拍遥感测绘技术快速应用于测绘行业，以其航拍低成本，高效率，易培训，应用范围机动灵活的可操作优势，迅速立足于遥感测量和中低空航空拍摄测量领域[1]。小型化的无人机航空摄影测量，亦逐步应用于矿业监测中，并成为其基础空间信息数据获取的新手段，在测绘野外数据的工作中有效提高数据准确性和实时性，实现了高效可视化的数据采集监测过程。

1、任务概况

该测区位于广东省韶关市下辖区曲江区，曲江区境内山地属南岭山脉南支，由于地质构造关系，该测区的地形较为繁复，地理环境海拔500m以下的山丘面积占据17.8%，山坡地约为25%。测区在大宝山，高程落差400米。采用玄霆六旋翼无人机对大宝山测区内3.6平方公里进行航飞，并通过航测商用软件生成该测区1：1000线画图。

2、航线规划设计

规划设计路线前需对测区范围和 基站进行完善和布设，进而精确统计后设计出合理的航線规划，并在操作过程中采用GPS飞行管理系统定点曝光，以保证航线检测获取数据准确。本项目采用专业设计软件，地形参考全球90mDEM（SRTM）。在熟悉分析测区地形资料后，将测区划分成两个航摄区块，依据谷歌地图数据做区块划分，并进行航线设定和飞行方向的拟定工作。为确保地面分辨率合格，获得更好的影像质量，本项目设计分辨率0.16米，满足项目需求。

设计的飞行航线在规定计划中进行敷设，为保证所拍摄区域的边界覆盖率不能低于所摄象幅的一半，一般将与边界线所平行的首条航线和末尾航线需敷设在航摄区域的边线之上[2]。为方便航拍相片的控制点的施测和控制点加密工作，规定航摄旁向覆盖量应大于整个象幅的50%，若最终所形成的覆盖情况为超出摄区边界多于5条基线，即认定为合格。而实际航摄情况不尽理想，应尽可能增加旁向重叠，若出现高程落差较大的情况，应做插补航线。

3、摄影质量保障措施

项目选用GPS导航仪进行导航，工作前检查验看，避免出现卫星失锁，从而引起导航仪工作失误。采用专业飞行管理软件进行摄区低空控制飞行，以确保航飞获取数据的准确性；利用专业软件选择能见度最佳的天气进行航摄，并合理选用曝光参数。

航摄工作顺利完成后，需即刻对航摄所采集到的相关摄站点的GPS坐标数据进行专业软件处理解算，现场检验航飞质量。

对于检测出的航摄相对漏洞和绝对漏洞，应确定其位置，依照整个航摄的设计要求进行即刻补飞，补飞的航线所涉及的长度应至少覆盖漏洞至外侧一条基线宽度。补摄时应补飞整条航线。若摄区的控制航线存在小区域的相对漏洞，若果不影响整个摄区的内业加密工作，可酌情选择不进行补摄。航摄数据确认后航飞员填写航飞资料，做好记录以备后期查验和数据追溯。

4、空中三角测量

内业加密点尽量布满像片全部范围，六度重叠的航带连接点每张像片不少于3个。按3*3标准位置选点每个区域连接点数量不少于3个[3]。应加强图形构网强度的检查，在少点位置予以补点。

（1）设备、软件：仪器采用全数字摄影测量工作站，量测计算采用空三加密程序MatchAT，数据平差模型为光束法区域网平差。

（2）数据处理时，首先应将物方标准方差权减小，进行粗差的消除，然后逐步提高物方权重，确保粗差被探测全部探测出来，必要时，采用patb进行二次平差专业验算。

（3）对数据处理过程中发现的各种问题，经处理改正后，必须把一系列成果改为正确值，方能将文件传下工序使用。

5、DOM影像数据的生成

DOM的地面分辨率一般确定为0.2m，通常采用单模型的DOM，依次做调色、镶嵌、裁切，从而形成DOM影像数据。匹配过程中，两相邻的DOM在空间形态和自身得到几何形状上皆需要严格匹配，之后做可视化检核，依此确保两个相邻的数字正射影像在地理位置上不存在偏移情况。在此基础上还应尽量去除在高程落差上所引起的影像偏移。

在进行航摄影像的镶嵌工作之前，需对相邻模型DOM之间的色彩偏差做适量的调色处理，尽量将色彩值调至一致，以便影像后期处理[4]。之后对影像做无缝拼接，注意的是影像之间的拼接线不应存在穿越构筑物的情况。

航摄影像进行拼接后，依照标准图幅图廓坐标按1：2000比例尺做航摄照片的裁剪，从而拼接处理得到摄区DOM的影像数据（图2）。DOM的接边检查可通过读取相邻图幅矩形影像内的同名影像来检查接边精度。

正射影像图DOM采用Photoscan数据处理软件，利用高精度GPS测定的传感器位置，应用共线方程精确计算出像点物方的空间坐标，生成高分辨率的数字正射影像DOM及精细的数字高程模型DEM。

6、结论

本次航飞项目像片控制测量与空三加密主要采用韶关市大宝山测区基础测绘形成的控制和加密成果，将本次的外业航摄所采集到的原始航摄照片作为基本航片资料，采用1：1000的航摄比例尺，最终确定航摄结果，内定向、相对定向和绝对定向，以及接边精度均符合相关测图的规范要求，地物、地貌表示及符号运用正确，主要地物、地貌没有发现遗漏和错绘现象。高程注记点的位置准确反映了矿区的地形特征，点位密度符合标准，注记点的施测方法符合要求。成果的数据格式符合设计要求，图面清晰美观，图边结合情况良好，没有发现主要地物不接和漏接。本项目经检查，成果质量符合规范、要求，可提交用户使用或质量监督检验部门验收。

参考文献：

[1]汪沛，罗锡文，周志艳，臧英，胡炼.基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术综述[J].农业工程学报，2014，30（18）：1-12.

[2]张太鹏，宋会传.无人机技术在现代矿山测量中的应用探讨[J].矿山测量，2010（03）：44-46+4.

[3]贾晓敏，杜永军，张力耘.无人机低空摄影测量在电力行业的应用[J].智能计算机与应用，2016，6（05）：66-68.

[4]张海波. DGPS/IMU辅助航空摄影航片处理方法[D].辽宁工程技术大学，2013.

基金项目：

陕西铁路工程职业技术学院科研基金项目（KY2017-092）。