矿山工程测量中无人机航测技术运用研究

余大伟

（湖北三鑫金铜股份有限公司，湖北大冶 435100）

0 引言

无人机技术的发展为各种地质勘查、工程测量工作提供了极大的便利，在具体的应用中，先设置好无人机的航测路线，然后矫正测量的数据，可以快速地对矿区工程进行测量，提高测量的效率。同时，无人机还具有出现故障后自动返航的功能，在使用时可以减少损失，在矿区工程测量中的应用较为广泛。

1 无人机航测技术的特点

1.1 作业效率高

矿山的环境较为复杂，如果用传统的技术进行测量，则需要克服较多的困难，不仅对测量设备以及测量技术有较高的要求，而且测量的工作效率较低。在应用无人机航测技术测量矿区时，无论是多么复杂的环境，都可以将矿区的环境记录下来，既能保证测量结果的精确性，又可以较为灵活地对矿区进行全面、具体、详细的测量，获取有效的土地数据信息，从而为工程建设奠定良好的基础。目前无人机技术得到了快速发展，续航短的问题也在逐步解决，应用无人机可以进行持续的测量，提升整体的测量效率。

1.2 运行成本低

在应用无人机航测技术对矿区进行测量的成本较低。从设备的成本角度看，与大型飞机相比，在开展同一个测量任务时，无人机的造价成本更低，消耗的能源更少，同时维护的成本更低，因此无人机航测技术的使用成本较低。从数据信息的获取上看，无人机航测技术的测量时效性更强，能够快速获取相关的测量信息，省去传统测量的流程和时间因此应用无人机航测技术对矿区进行测量时更经济。

1.3 起、落灵活

无人机的体型较小，只需要一小块平整的空地就可以实现快速起飞与降落，它不像大型飞机需要特定的停、落场地，因此在起飞、降落以及对航线的调整上都比较方便。同时无人机在工作的时候是低空作业，环境以及气候对其的影响较小，操作也较为灵活。而且随着无人机技术的发展，其续航能力在不断提升，应用无人机测量技术可以实现较长距离的测量，测量的范围不断扩大，在应用的时候更加灵活、方便。

1.4 安全系数高

在以前的矿山工程测量时，由于技术的落后，以及设备使用的要求，在测量的时候需要大量人工操作，但是矿区的环境较为复杂，测量人员在使用设备对矿区进行测量的时候，可能会存在较多的安全隐患，对人员与设备的安全构成了较大的威胁[1]。应用无人机航测技术对矿区进行测量，不需要测量人员直接参与测量，只需要操作无人机对矿区进行测量，而且无人机可以实现自动控制和自主返航，无论是人员还是无人机设备的安全性都有了保证，避免在测量过程中遭受到损失。

1.5 运输便利

无人机是一种高度集成的设备，体型较小，只需要占用较小的空间，而且由于其使用的材料较轻，整体的重量并不是很重，在运输的时候比较方便，可以应用各种交通工具进行运输，为测量工作提供了便利。在对矿区进行测量时，测量人员可以应用常规的运输设备运输无人机，既能节省运输的成本，也能够方便人员开展工作，对矿山工程的测量工作有积极的影响。图1为航测作业中的无人机。

图1 航测作业中的无人机

2 无人机航测技术在矿山工程测量中的应用

2.1 无人机航线的设计

在应用无人机航测技术对矿区进行工程测量之前，需要设计无人机的航测路线，应将矿区实际测量区域的地图作为航测路线设计的依据，确保航测路线设计的科学性，保证测量工作顺利进行。在具体的设计中，首先，应根据测量区域实际的地形、地貌特征，将测量区域的坐标设置好，并结合当地的气候条件、天气情况等，确定好无人机飞行路线及飞行方向。这样不仅能够保证无人机测量时的设备安全性与稳定性，还能够确保测量时不会出现遗漏，而是与旁向相互重叠。其次，要合理选择测量的区域，保证测量的效率和测量的有效性。一般测量人员会选择纵向交叉布置的方式确定测量的区域，这样可以避免出现遗漏或重复测量，保证测量的科学性。再次，设置无人机的航测方向以及航测路线时，需要控制设置的参数，要根据具体测量要求提前做好设置，保证在各项参数设置之后无人机能够自动对矿区进行测量，确保测量的有效性。最后，测量人员要随时关注无人机的电量使用情况，在测量过程中如果出现了故障，要及时更换电池或者采取有针对性的解决措施，保证航测工作的顺利进行[2]。

2.2 无人机航测的联合平差

在应用传统的设备进行测量的时候，对倾斜摄影的数据处理并不恰当，会导致倾斜摄影的数据在实际的应用中可能会存在一定的偏差，对后续的工程活动造成一定的影响。在应用无人机对矿区进行测量时，应对图像的遮挡关系以及几何变化有一定的认识，如果矿产资源掩藏在建筑物下面或植被下，也能够被侦测出来，并正确地测量出矿产的实际位置。在实际的测量中，结合POS系统的外方位元素，对图像采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，保证同名点的匹配结果能够达到理想的效果。利用测量元素和外方元素相结合的方式，使勘测的结果更加精确，从而准确找出矿产资源的实际位置，保证测量工作的准确性。

2.3 无人机航测的拍摄测量

在应用无人机航测技术进行矿区的测量时，最重要的工作环节就是无人机的摄影，在这一环节，无人机在需要借助遥感技术以及GPS定位技术控制飞行方向以及拍摄的时间[3]。在具体的测量中，测量人员一般会让无人机在像控点的位置进行多次拍摄，这样是为了调整相机的拍摄参数，使其能够拍摄到足够清晰的图像，方便测量人员分析测量的数据，为后续的工作提供便利。无人机航测需要利用航空摄影技术，因此需要在拍摄之前利用拍摄到的图像确定地面坐标，同时还要有能被准确识别的地面控制点。GPS测量系统可以直接在进行图像测量时得到外方位元素，无须设置地面控制点。但是，在实际的作业中，为保证拍摄图像的精度，仍然需要在地面设置几个控制点，根据地面的控制点，利用外业仪器测量控制点的坐标以及高程，从而测绘图像。

2.4 旋翼无人机三维测量技术的应用

在应用无人机航测技术对矿区进行测量时还可以采用三维测量技术，这项技术比垂直测量和倾斜测量具有更大的优势，应用旋翼无人机搭载多个镜头对矿区进行测量，可以实现重叠影像拍摄，最大的重叠度可以达到70%，提升无人机建模的准确性[4]。在测量的过程中，可以将系统分辨率的参数设置为5 cm，这样无人机在测量时就可以选择自动模式，并计算镜头的位置，确定所有的位置关系都较为合理，从而对矿区进行三维测量，建立矿区的三维模型，在建模的时候应使用云片进行加载建模，最后就可以利用三维建模分析数字影像。在应用旋翼无人机对矿区进行三维测量的时候，应确定测量区域的面积、高度等数值，同时要集成二维数据，对各项数据信息进行管理，从而反映出三维数据。要想测量矿区的边坡、边界，就需要站在立体的视角中对矿区的顶部以及底部的数据进行分析，从而构建矿区的立体模型。要想展现矿区工程建设的全貌以及规划的情况，就需要从不同角度对待测的区域进行拍摄，反映待测区域所有方向上的特征，为后续的工程建设提供全面的数据支持。图2为应用无人机三维测量技术对某矿区进行测量时生成的三维模型，这个模型为后续的工程开展提供参考。

图2 无人机三维测量生成的三维模型

2.5 分析与评定无人机航测加密结果精度和采集精度

在应用无人机航测技术对矿区进行测量时，需要分析与评定采集到的各项数据的精度，这样才能够保证各项数据的准确性，确保矿区工程建设的科学性。在具体的评定过程中，测量人员可以应用空中三角测量技术，这种技术可以提升无人机航测的精度，减少误差，对无人机航测技术的发展具有积极的影响。在应用数码相机对一些面积较小的控制点进行拍摄时，能够获取的数据信息有限，需要利用外方位元素和加密点的坐标，否则无法计算各项数据信息[5]。如果提取到的信息较少，计算结果出现较大的偏差，就需要运用空中三角的测量技术，利用专门的计算软件计算获取的数据，确保各项数据信息的准确性。在计算结果出来以后，测量人员还要对比分析结果，从而确定连接点的最大误差与最小误差。

2.6 无人机航测对矿区环境的监测

目前我国对生态环境的保护愈发重视，在开展矿区工程建设的时候，也更加关注矿区的可持续发展以及对矿区环境的保护，因此，在对矿区进行工程测量时还需要对矿区的环境进行监测，保证在工程建设的过程中减少或杜绝对矿区环境的破坏。在以前，人们通常以人工的方式对矿区环境进行监测，这种方式不仅需要大量劳动力，同时监测效率较低，对矿区的保护不力。应用无人机航测技术对矿区环境进行监测时，可以利用遥感成像技术，对矿区的环境风险进行评估，监控突发事件，调查环境污染。例如，在某矿区地表塌陷的监测中，利用高分率的遥感影像技术对矿区地表塌陷变形进行监测，可以进行地表裂隙的解译、塌陷移动规律的分析以及塌陷量的计算。在测量结果中，可以显示出地表裂隙的深度，同时计算机可以根据光谱、延长线以及紧密阈值规律快速识别煤矿塌陷区裂缝。此外，无人机还可以搭载多光谱的传感器监测矿区的植被，对矿区的生态环境以及工程建设的情况进行风险评估，从而确保矿区被合理地开发。

3 结语

总之，在应用无人机航测技术对矿区进行测量时，会应用到多种现代的技术，如遥感影像技术、GPS定位技术、三维建模技术以及三角测量技术等，这些技术的发展为无人机测量技术的水平提升有积极的作用。因此，我国应重视相关技术的发展，不断推动无人机航测技术的发展，保证矿区工程测量的精度与准确性。