利用无人机低空数码航测技术监测矿区开采沉陷变形的初步研究

崔秀燕

（山东省地质矿产勘查开发局第四地质大队，山东 潍坊 261000）

露天矿产资源的过度开采，造成了严重的山体滑坡现象，不但破坏了自然环境，而且导致了泥石流等自然灾害的频繁发生[1]。近年来国家地质勘察、环境保护等相关部门正在加强对过度开采资源的治理工作。主要的治理手段为针对设立自然矿山的开采范围和动用储量进行监测。但是由于自然矿区多位于偏远地区，交通不便，环境恶劣等问题的存在，让矿山的监测工作难以进行。针对这些情况，研究人员采取了无人机低空数码航测技术，来辅助探究矿山的开采深度变形情况[2]。无人机低空数码航测技术可以在低空完成对地面的拍摄，受地形限制小，机动灵活，减少了野外工作量，降低了工作难度，极大提高了测量效率。到目前为止，无人机低空摄影测量技术已经在基础地理信息更新、确权登记发证、国土资源调查、工程测量、环境保护等领域得到了广泛的应用，并取得了良好的效果。无人机低空摄影测量可快速获取高精度的数字高程模型和数字正射影像图，将无人机低空摄影测量技术应用于露天矿山开采监测中，可以从空中监视、无人到达目标区可以取证，有效地实现监管。与其它监测方法相比，无人机低空摄影测量技术具有不可比拟的优势。

1 初步监测矿区开采沉陷变形情况

1.1 设计无人机航线

无人机数码摄影一般都是执行小区域的数码航摄，与传统航摄不同的是在航线设计时无需考虑地球曲率变化，也无需非常准确地知道地面点高程[3]。采用无人机用于检测矿区开采的沉陷变形情况，必须要设计无人机的航线[4]。在航线设计过程中首先要根据具体的地形情况来选择适宜的比利时，通常采取1：10000或1：50000范围的比例尺；其次选择计算机图库中适宜的数字高程模型进行基准面的设计，保证监测过程中可以对摄影对象进行精准的分类，其类型包括普通密分区和重点密分区两大类。针对矿山地质勘查的监测中，无人机航线，通常在已知摄区四角坐标的情况下，即可进行无人机勘测。对于形高差大于1/6航高时，需要设立摄影分区，来进行重点勘察。

1.2 调试无人机飞行设备

设计出无人机的航线之后，需要对无人机运行过程中的所用飞行设备进行调试，来确保航摄工作顺利完成。调试的主要工作内容为：地面监控站物品检查、起飞前设备调试、俯仰设备调试、滚转设备调试、偏航设备调试、水平设置调试、空速检查、高度计检查、转动机设备调试、GPS定位检查、震动测试和最后的无人机电机设备的调试。在确保所有设备和机械均正常工作后，可启动无人机飞行设备进行工作。

1.3 处理拍摄数据

在无人机飞行设备，按照其设计出的航线完成了航行拍摄之后，进行到最为关键收集数据的处理环节[5]。在处理环节中，为了保证原始影像每张都能打开并且存储完整，必须在曝光适中的情况下对拍摄数据进行整理。整理过程中，首先检查曝光点数与影像数是否一致，若不一致应及时查找原因；其次检查每条航线的记录值与实际飞行的影像数是否一致。例如第一航线地面站里一共有20张影像，其中如果怀疑007号为第一张，则需要监测影像中007～026是否为第一航线。其中重点要监测026与027之间的关系；最后将影像按照航线数分别装载于文件夹，每条航线的影像数量应一致。

1.4 绘制矿区开采区剖面图

绘制矿区开采区剖面图的过程：首先采用1：5000的地形图绘制矿山地面的平面图；其次应用MapGIS软件对平面图进行扫描和矢量化处理；然后将处理结果导入ESRI软件中，再应用DOM影像对比平面图中的虚拟矿区地形进行纹理映贴图处理，之后把平面图中影响纹理空间的点之间的对应关系确定出来；最后得到具有全部矿山地理特征的三维图像，为矿区开采深陷变形的探究工作，提供了最有效的参考资料。

2 实验验证

2.1 实验准备

本实验选取某矿山开采区作为实验原材料，采用新型无人机低空数码航测和传统监测两种方法来监测的该矿区的开采深陷变形情况，在两种监测结果中抽取五个相同地点分别编号为1、2、3、4、5，通过实际测量的方法来判断两种方法的准确程度，进而验证新型无人机低空数码航测技术的实用价值。

2.2 结果讨论

下图为两种监测方法其监测准确程度对比结果

图1 为两种监测结果的准确程度对比图

根据图像可知，传统方法所得的监测结果的准确程度在60%～70%之间，其平均值为64%；而新型方法所得的监测结果在65%～75%之间，其平均值为69%，比传统方法高了5%，因此证实了新型无人机低空数码航测技术的实用价值。

3 结语

采用无人机低空数码航测技术可以矿区开采沉陷变形监测的工作效率，并且获得更加精度的监测结果。但是无人机低空数控航测技术的覆盖范围很小,可获取信息量也不多[6]。除此之外，针对地形复杂地区 并且坡陡路险的困难山区以及多云雾的气象条件等较差地区必须要大范围的比例尺地形图测绘、才能处理灾害调查及抢险应急等实际情况。因此，无人机低空数码航测技术还需要进行更深层次的探索，才能广泛的应用于各个领域的矿山监测工作中。