矿山储量动态监测中无人机摄影测量技术的应用研究

芦 斌

（华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000）

矿山储量动态监测的专业性极强，难度极大，因为大部分矿山位于地形复杂，环境恶劣的偏远地区，这种地理条件往往会给监测工作带来很大困难。以往矿山储量的动态监测工作都是一项庞大的工程，需要消耗大量时间，难以取得预期的监测效果。随着科学技术的发展与应用，工作人员可以借助无人机对矿区进行大规模的测量。相较于传统的测量模式，无人机摄影测量一般在空中进行作业，复杂地形对测量工作的影响较小，实际的监测难度较小。与此同时，无人机机载平台将高分辨率的数码相机，通过这些摄像头，该调查区域的图像信息可以快速、准确地获得，并根据相应的数据处理平台，可以有效地减少对矿区的破坏。此外，依靠无人机摄影测量技术，矿山储量动态监测工作消耗的人力、物力资源较少。一旦天气条件允许，测量人员就可以在采空区通过无人机摄影设备进行测量，就可以在大范围的矿区实现快速测量，资源投资少，经济效益突出。因此，无人机摄影测量技术良好的应用在矿山储量动态监测中为监测工作带来了极大的便利，有利于促进监测工作的发展[1-3]。

1 矿山储量动态监测与无人机摄影测量技术的基本概念

1.1 矿山储量动态监测

矿山储量动态监测是指矿山企业选择合格的地质调查机构开展地质调查，在这个过程当中，矿山储量动态监测需要在国土资源管理部门的统一领导下严格依照国家法律、法规的要求来进行以强化监督和管理整个的矿产资源开发过程。我国进入21世纪之后，矿产资源短缺的现象变得越来越严重，这对矿山资源的合理开发利用提出了挑战。采矿产业在中国仍然具有破坏性，资源浪费严重。矿山储量的动态监测的工作需要坚持以人为本的原则，坚定地建立和全面落实科学发展观，实现全国矿产储量管理会议的精神，加强对矿业企业矿产资源的监督和管理力度，从而促进矿山企业的发展。为了保证经济和社会的可持续发展，提高矿产资源的利用率，对矿山中的矿产资源和储量进行动态监测与管理十分必要，第一，开展矿山储量动态监测工作来对矿山中的矿产资源和储量进行动态监测，有利于加强矿产管理的行政职能；第二，开展矿山储量动态监测工作可以实现矿产资源收集和存储之间的联系，这有利于通过矿产资源的收集和支付费用来维护矿产资源的国家所有权；第三，开展矿山储量动态监测工作有利于资源开发和利用的监督管理，从而引导矿山企业合理利用资源，保护我国的生态环境。

1.2 无人机摄影测量技术

随着我国信息技术的飞速发展，无人机作为一种新型的飞行装备，被广泛应用于各个领域。在现代化发展的进程中，无人机的应用范围逐渐扩大，其用途也逐渐增加。科研人员在具体应用中不断完善其功能，无人机在工程建设、采油、消防等领域得到了广泛的应用。无人机具有操作灵活、方便、智能化等优点，通过使用无人机摄影测量技术，可以获得准确的航测数据，可以实现测绘获取数据以及分析数据的目标。无人机通常配备广角摄像头，用于捕捉周围环境的图像。广角相机可以全方位旋转，特别是在低空飞行时，相机的分辨率非常高，宽阔的视野可以保证测量工作的整体质量。无人机的操作非常简单，所有的动作都是通过遥控控制的。随着科技的飞速发展，无人机也已经实现了一键式起飞、返航、降落等功能。近年来，无人机技术已逐步向智能化方向发展。人工智能技术与无人机的结合，真正实现了无人机作业的智能化，无人机具备了智能跟随、环境感知、避障、视觉跟踪等功能，大大提高了无人机的应用价值。无人机作为一种现代化的飞行装备，需要由专业人员、远程操作和相关程序良好的配合，从而确保航空摄影的目的可以实现。为了保证无人机摄影测量技术得到更好的应用，各行各业都在研究无人机摄影测量技术的应用要点。在目前。无人机摄影测量技术主要有三种，分别是综合测量法、全方位测量法和划分测量法。其中，综合测量法适用于大面积土地调查，全方位测量法更适用于山区，划分测量法在丘陵地区广泛应用。因此，相关人员可以根据矿区的地形特点来选择无人机摄影测量技术，从而保证测量结果的准确性[4]。

2 矿山储量动态监测中无人机摄影测量技术应用的可行性

2.1 精度分析

对于传统的矿山储量动态测量方式来说，最大的问题就是其精度的确定。一般来说，真值是由传统的测量模式确定的，偏差值是由传统测量模式得到的结果减去无人机摄影测量得到的结果，相对误差则是由偏差值处以真值得到的结果。举个例子，借助无人机摄影测量技术对现有的矿场甲和乙进行可行性测量，另两个矿区的相对误差要小于10%。采取传统测量模式的甲矿坑中存在校对堆积的问题。然而乙矿中由于使用无人机摄影检测技术，所得到的误差在1%以下。由此可见，相较于传统的测量模式，借助无人机摄影得出的测量结果更为准确。

2.2 效率统计

通常而言，工作人员要在无人机摄影测量技术的运用过程中布置5个像素点，使用分辨率较高的相机。由于相应的DOM和DEM的限制，无人机摄影测量技术拍摄200多张原始照片的时间为16个小时，而运用传统的测量模式则需要42小时。因此，在矿山储量动态监测中，无人机摄影测量所需要的时间远远小于传统模式，检测难度较小，检测效率较高。

3 矿山储量动态监测中无人机摄影测量技术的应用

3.1 获取处理数据

首先，航拍方案。在无人机摄影测量数据采集过程中，利用了较差航线的航拍。在相机的帮助下，原始图像保留在80%重叠的条带中。不同飞行带之间有60%的重叠，可以得到真实的彩色图像，分辨率为0.06。其次，控制测量。测量过程中在相应测量区域的中间及周围设置5个直径为1m的控制地点以大大降低具体测量的难度。再次，空中三角测量应采用波束法，以实现空中三角测量。在此基础上，利用野外工作对结果进行有效控制，再通过野外工作进一步计算方向点的高程值和平面坐标。最后生成DEM和DOM。人们用三维加密的方法形成一个三维的点云文件，再结合点云文件形成摄区位（测区）为1:1000的DEM，此后再借助外部方位元素与DEM微分纠正相关的数字，进而得到DOM。

3.2 无人机数据矿山动用储量监测

一方面，无人机摄影测量技术用于测定矿井底部。在对矿井底部进行开采之前，矿坑的原始状态为一种自然地貌，类似于一些相似的平面。在计算时需要假设两个矿坑的上面是矿坑边缘测量的高程点的平均值。另一方面，无人机摄影测量技术用于坑底的确定。在无人机摄影测量技术的应用中，利用无人机摄影测量生成的DEM来确定矿物监测的下底面。此后再借助ArGIS Desktop进行储量计算，以上底面减下底面。根据不同平面内的不同参数，进行相应的统计。

3.3 地质测量

在地质测量过程中，首先应采用资源评价方法，公式为Q=S×H，其中Q为资源储量（m2）。S是坑面积（m2）。H为平均开采深度（m）。其次，确定资源储量估算参数。利用1:100资源储量对矿区的具体面积进行了估算。平均开采深度是指在不同测点的帮助下，采场顶部与底部之间的差值。

4 矿山储量动态监测中无人机摄影测量技术的应用策略

4.1 注重矿山整体测量环境

矿山环境是影响矿山储量动态监测的重要因素。在矿井储量监测中，矿区的地理条件可能会发生动态变化，尤其是在矿产资源开采完后，区域的土壤结构的完整性受到了一定的影响。在这种情况下，矿山的地质条件发生变化之后，后续的监测工作就不能按照原有的计划进行，必须要通过无人机摄影测量技术进行监测，一旦监测不及时就容易出现矿区塌陷等问题，十分不利于矿产资源的后续开采工作，极大地增加了后续工作的难度。因此，在测量过程中工作人员要严格检查、分析测量区域的环境，决定测量环境保持在一个良好的小状态下，在进行矿产资源的开采，从而有效保障矿山储量动态监测工作的顺利进行。

4.2 准确获取监测数据

在确保监测环境良好的前提条件下，矿山储量动态监测工作就可以利用无人机摄影测量技术进行数据采集。一方面，无人机摄影测量不仅可以获得测量区域的地形数据，而且还能够掌握该矿区的开采状况。通过获取的数据以及对相关数据进行计算后，相关人员就可以对后续开采情况进行预测分析，从而对可能发生的情况提前做好预案准备工作，减少很多的安全隐患。在实际测量过程中，无人机摄影测量图像控制点的布置要注意平、高、平面点的设置，合理运用CORS技术或RTK技术，为后续的数据采集、导入与处理提供坚实的保障。

4.3 矿山储量动态监测数据内业处理

航测数据处理作为无人机低空航测技术应用的重要组成部分，可以有效提高无人机低空航测数据的应用价值。在实际处理中，对于航空相机的应用，测绘人员利用GPS技术来捕捉曝光摄影瞬间设备的三维坐标，在参考无人机飞行姿态参数的基础上借助计算机云系统处理、分析数据。处理数据的过程中矢量化自动映射软件的应用能实现图像的有效收敛，保证图像颜色的高度统一。矢量化自动映射软件生成的图像可以进一步利用得到测量区域的地形图。一般来说，无人机的飞行姿态会对一些摄影图像有一定的影响，如果飞行姿势存在问题，就很可能降低测绘工作的精度。因此，测绘人员还应该及时发现失真数据，对失真数据进行校正。一般情况下，图像点的位移偏差可以通过正交校正法进行校正。

4.4 监测矿坑上、下底面

要想有效提升矿山储量动态监测工作的成效就必须要做好矿坑上下地面的监测。对于矿坑上底面，尽量在保持其自然状态、保持原有地貌条件的情况下进行动态监测，计算得出矿井边缘高程点的平均值，进而确保矿井上底面的监测是实时性的；对于矿坑下底面，借助专业化的计算设备在DEM生成的基础上计算储量即顶部减底部。另外，在实际调查中，相关人员还需要开展矿山地质调查工作，对于资源储量评价方法和资源储量估算参数的确定进行分析和研究[5,6]。

5 结语

在矿山工程中，可以利用技术进行测绘工作，这有利于保证测量数据的可靠性和准确性。应用无人机摄影测量技术可以有效提高矿山储量动态监测的效率和质量，极大减轻工作人员的工作负担。因此，在对矿山储量进行动态的监测过程中工作人员要合理运用无人机摄影测量技术以使其最佳效用得到最大化的发挥，结合所在地区地形地貌的特点，保护好矿井整体测量环境，从而在保证矿山储量监测的数据更加真实可靠，避免国家的矿产资源出现浪费的情况，在保证矿山周围环境安全的基础上进行动态监测，为相关部门的矿产资源的开采提供技术上的支持，进而促进矿业的有序发展。