无人机测量与RTK 技术在煤矿地形测量中的联合应用

蔺哲渊

（西山煤电集团设计院（有限公司）， 山西 太原 030053）

引言

对于煤矿地形测量而言，由于某些矿区所处环境相对恶劣，存在有较多的陡坡、斜坡以及火区环境，导致作业人员无法到达现场完成测量任务。所谓煤矿地形测量指的是依据矿区所在地的地理位置、地貌形态等实际情况，结合矿区未来的发展规划，通过精密仪器和先进的测量方法对矿区的地形的坐标进行测量[1]。其中，基于RTK 技术对控制点进行测绘并施工；基于无人机测量获取煤矿的地形。本文主要研究无人机测量与RTK 技术在煤矿地形测量中的联合应用模式，

1 无人机测量及RTK 技术特点

1.1 RTK 技术特点

RTK 技术测量的原理为在基准站上安装接收机对可见GPS 卫星进行观测，并将所观测到的数据经无线传输方式传送至地面的观测站。观测站在接收GPS 卫星数据的同时，还通过无线传输设备实时获取基准站的观测数据[2]。基于相对定位原理对GPS 卫星和基准站观测数据进行结算，得到待观测物的三维坐标及对应的误差。经实践表明，RTK 技术的测量误差仅为1～2 cm。

1.2 无人机测量特点

无人机测量的原理为基于无人机平台，基于远程控制无人机平台所携带的各类测量设备对待观测的地形进行拍照，并将拍照所得相片采用某种算法进行处理，结合对应误差得到带观测地形的图像。

目前，无人机平台上所装备的设备有：数码相机、光学相机、扫描仪以及磁测仪等。

1.3 RTK 技术+无人机测量的特点

将无人机测量和RTK 技术联合应用，对煤矿地形进行测量。此种联合测量方法的特点如下：

1）无人机+RTK 联合测量技术具有较高的效率。无人机+RTk 联合测量技术能够在短时间能完成测绘任务。与传统人工测量相比，基于无人机+RTK 测量技术每天可完成的测绘面积可达几十万平方千米。

2）无人机+RTK 联合测量技术具有较强的建模能力。基于无人机+RTK 联合测量技术能够依靠其所装备的高精度、高分辨率的设备获取精度较高的地表信息，并基于获取的信息完成对地形的三维观景模型、三维正射影像图等可视化数据[3]。

3）无人机+RTK 联合测量技术的应用范围广。无人机+RTK 联合测量技术综合了两项测量技术的优势，不仅能充分发挥各自的独特作用，还可与卫星遥感、地面监测以及航空测绘等手段联合应用于其他场合。

2 无人机+RTK 联合测量技术的施工应用

2.1 无人机+RTK 联合测量技术的施工流程

基于无人机+RTK 联合测量技术对煤矿地形测量的工艺流程为：

1）基于RTK 测量技术完成控制点交桩、复核加密等工作；

2）基于RTK 测量技术完成对待测量地形边界线的确定及待测量地形分段阶段放样的工作任务；3）基于无人机测量技术获取待测绘的地形数据；4）基于RTK 测量技术对煤矿土方整形施工进行测量；

5）基于RTK+无人机联合测量技术对矿区挖方量后竣工地形进行测量[4]。

2.2 无人机+RTK 联合测量技术的具体应用

本节将主要根据施工流程对各个步骤中的要点进行研究。

2.2.1 监测控制点的选择

煤矿占地面积很大，要求对地形监测的控制点必须均匀分布于待监测煤矿地形中。控制点包括平面坐标控制点和高程控制点。其中，平面坐标控制点通过GPS 进行预设，高程控制点通过水准仪进行确定。为得到较为精确的测量结果，一个煤矿测量任务中要求平面坐标控制点不小于3 个，高程坐标控制点不少于2 个。

2.2.2 工程边界线的确定

基于当前的施工图纸确定工程边界线及分段界线的数据，然后通过计算机将上述数据输入GPS 手簿中，最后采用GPS 测量设备根据工程边界线的特点对观测站的控制点进行标记。

2.2.3 煤矿地形数据的采集

煤矿地形所采集到的数据绝大部分用于对煤矿及其周边环境的治理。一般地，首次煤矿地形的测量就可算入环境治理的工作量中[5]。煤矿原始地形数据的采集是依靠无人机测量实现的。

基于无人机所采集到煤矿地形的数据类型包括有DSM（数字表明模型）、DEM（数字高程模型）。采用无人机测量时需根据现场实际情况对其所装备设备的分辨率、倾斜角、重叠率航向等进行设置。一般的，无人机飞行一次可获取上千幅影像，数据量极大。为了提升对所采集到数据的处理速度，无人机数据处理系统采用改化法方程组和分块解算的方式对数据进行求解。

2.2.4 土方整形施工的测量

对于煤矿治理工作而言，土方整形施工为整个治理工作的核心。因此，需对土方量进行精确计算。土方整形所需土方量需基于RTK 测量技术精确获得。

土方整形施工的测量任务需经历火区施工、平台施工、变坡施工等流程。每次施工前均需采用GPS测量设备进行测量放线、数据采集等工作，将所采集到的数据通过RTK 技术进行处理，从而得到较为精确的工程量。

2.2.5 土方整形竣工后的测量

煤矿治理完成后，为验证其治理效果需对其土方整形竣工后的情况进行测量，此过程是通过RTK+无人机联合测量技术所实现的。其中，基于RTK 测量技术绘制出煤矿治理后的竣工图；基于无人机测量技术航测获得治理后的竣工图像。不同的是，RTK测量主要是针对某个小区域进行测量，无人机测量技术是对整个煤矿的治理情况进行整体把握。

3 结语

要确保能够精确获取煤矿特殊复杂地形的原始数据，仅采用RTK 测量技术在远距离时信号不稳定使得所获取的数据误差较大。此时，可通过无人机航绘对该煤矿特殊区域的地形数据进行采集，但是当单纯采用无人机航绘对煤矿地形原始数据进行采集时，由于地面存在冒烟区域或者机械设备停放的活动区域，对数据的采集造成极大的阻碍，因此可采用无人机+RTK 测量技术提升所采集到数据的精确性。

煤矿及其周边环境的治理效果在一定程度上由所获取的煤矿地形的原始数据所决定。在今后煤矿治理任务中可采用无人机+RTK 联合测量技术采集现场数据，并通过相关计算软件确定出最终的施工方案，为提升煤矿治理工作的有效性奠定基础。