小型无人机航空摄影测量在露天矿山动态监测测量中的应用

阮华萱

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局二总队，贵州 六盘水 553004）

通过对我国矿山的地理位置、地形、资源及其综合利用管理情况和资源开采环境影响等信息进行实地地质勘查和地理测量，以准确获取矿山相关资源数据基本信息和利用资源数据是我国矿山地理测绘的主要研究目的，其重要意义不仅在于全面准确掌握我国矿山利用资源的基本状态信息、利用管理情况、开采质量影响、环境影响等，以此方式实现对大型矿山矿产资源的合理配置和生态环境保护。

1 无人机技术

无人机是用于搭载无人测量机在仪器的一种平台，也就是需要满足所有的搭载无人测量机在仪器的各种技术参数测量指标上的要求。主要技术体现在无人机的空间姿态定位控制与瞬时精确定位控制技术两个方面，无人机空间姿态定位控制系统同时获取了描述测量瞬时摄影无人机的机体航行横偏角、俯仰角和飞机滚动旋转角，其与同时描述焦点像片测量空间仪器姿态的摄像角度等元素之间，存在着相对应定位关系。

2 无人机摄影测量技术的项目意义

许多矿山的地理位置不佳，通常处于深沟险壑之中，且矿山分布较为零散，不成片。矿区环境恶劣，自然条件较差，使得对矿区的监测十分困难，采用传统手段进行监测比较艰难，且监测的时间比较久，随着不断地开采使得对矿山储量动态监测更加困难。为了适应新时期下矿山储量动态监测要求，无人机摄影技术开始被使用。无人机轻巧灵动的特性能够最大程度地突破地形限制，对矿山进行全方位拍摄测量，极大地降低了人力成本。

3 露天矿山小型无人机航测存在的问题

（1）储能电池组的续航力和性能出现问题.由于小型无人机的机身体积及承重负载能力有限，难以同时携带多块容量电池，且目前电池的续航使用性能一般，如锂离子聚合物容量电池，只能维持在1h左右，对于占地面积在10km以上的大型工业矿山而言，难以实现一次安全且有覆盖性的矿山航测管理工作。

（2）测量的精度控制出现问题。露天矿山进行测量期间，影响小型无人机获取航测影像精度的因素相对较多，主要与相机获取遥测影像的环境清晰度、传感器的元件类型、监控点位的布置等因素有关。露天的采矿区由于开采工作区域的地理环境条件复杂多变，导致采矿控制点的管理布设，往往存在一定的难度，且受室外环境及采矿车辆的干扰，一定程度上，还会导致实时获取的图像及数据信息的处理精度不高，对于后期的采矿储量管理计算及采矿生产设备调度等工作有不利影响。

（3）系统测量处理数据时的处理能力问题。目前，无人机专用航测处理平台多样，均需要配套的基础专用航测软件和基础硬件处理系统，测量数据基础专用数据和测量数据处理专用软件的技术兼容性差，故在测量数据采集分析和处理过程中，需要同时进行测量数据的处理分类化和输入，导致测量数据处理的前期数据准备和后期数据分析处理工作繁琐，数据处理耗时长，专业性能的要求相对较高。

4 小型无人机露天航测的发展前景

（1）加强矿区资源勘查与治理规划设计。小型无人机自动航测测量技术，不仅可对那些存在重大安全隐患的被测区域自动进行实时测量，而且技术测量效率高、成本低。搭载一台单反相机的小型固定翼无人机，几个架次就已经可以轻松完成整个矿区及其区域周边的自然地形以及地貌生态特征的实时测绘[1]。

（2）负责矿山安全生产经营计划编制与现场财务管理。小型无人机实景航测系统可实现露天矿山的全覆盖三维实景建模，获取整个露天矿区的物理地形全貌，及时监测更新矿区地形地貌，此技术是煤矿生产经营计划编制和煤矿施工现场安全管理的重要技术理论基础。可以及时准确地了解各个矿区的宏观生产采场现状，如矿区开采现场平台的地理位置、范围及占地空间变化关系等，掌握各矿区主要道路及地下排土场的占地空间分布变化关系等，亦可对矿山重点开发区域进行进一步的高标准精度现场航测，为进行矿山长期生产开采计划编制与现场配矿设备合理布置设计提供坚实依据，保证矿山生产计划与短期生产计划得以良好地实施。

（3）加强矿山生产安全监管。小型无人机采用航测跟踪技术，使得测量结果效率高、精度高、性价比高，且用户无需多次接触危险区域，就可以实时获得高坡低陡边坡边路周边和局部排土场周围全域的地形地貌危险信息，远程踏勘可以分析高坡低陡边路山坡和周围排土场的山体开裂与滑塌危险情况，而且所有技术测量结果数据的实时可视性非常好，为科学合理地进行研究危险对策与解决方案奠定坚实基础。

（4）加强矿区生态环境监控与全封闭式矿坑保护管理。在我国矿山生产开发的整个生命周期，都可以广泛应用到无人机自动航测监控技术，进行矿山露天作业及其基地周边的矿山生态环境遥测监控，及时发现各种可能的矿山生态环境变化影响，从而有效制定生态环境保护政策措施和解决方案。

5 小型无人机摄影测量技术在矿山测量中的应用研究

（1）数据处理与质检分析。无人机摄影测量技术在应用下，需要从数据信息处理以及畸变数据修正等方面，进行综合控制，在实现数据信息处理过程中，则需要以数字加密的方式，对野外测定的高程点、平面点等方面审核以及加密处理，从而实现数据采集质量的进一步提升。在进行数据信息处理与控制，则利用平差计算的方式，对区域网平差方面进行计算与分析。完成空间加密下，则可以通过智能匹配的方式，生成三维点云文件，在信息滤波处理的前提下，则可以通过数据修正、色彩平衡处理、图廓裁切等方面进行控制。无人机采用倾斜测量摄影机的测量矿区技术，在实际工业应用中，航天摄影机图像中的细节比较清晰，具有一定的影像层次感，并没有明显模糊、重影、错位等现象情况，其整个监测范围几乎可以完全覆盖整个倾斜测量矿区，有效地反映矿山的长期实际生产开采工作情况。在对各个检查点进行综合布置与测量处理中，按照均匀测点分布、覆盖整个主要测量地区的技术方式，对其进行重点筛选与综合测量，在对倾斜平面与倾高程度的检查点之间，进行综合布设的技术基础上，利用无人机针对倾斜面和摄影机的测量，使该技术的实际应用测量水平大幅提升。dom上的平面整体位置成像精度坐标检查工作过程中，则可以采取野外成像实测的自动方式，将每个检查点的平面整体位置精度坐标(xi，yi)数据输入发送到计算机，并在每个dom上自动提取每个镜像点的坐标点，针对平面位置中的误差，进行计算与分析。在长期进行天体实测中的平面坐标与dom，地物位与特征点天体坐标等的检验与测量分析中，则需要针对测量误差方面进行检验，在山地与高山地区区域按照1：1000位比例，其误差需要控制在0.75m。

（2）测量精度不足的解决。由于内在技术上的准备以及外在自然环境地理条件各种因素的影响，测绘测量工作当中存在类似盲区的各种现象往往是难以避免的，盲区解决方式主要包括：①可以通过在线三角图像加密以及在线校正法等技术，对测绘影像外的地形方位高度变量结果进行精确计算，并将图像干扰大的因素及时提出，有效地预测存在盲区，对根据地形高度不加调整区域的导航测量的结果，进行科学性的改善。②负责外业地图调绘及现场补测。对初步测绘标记结果显示中的特定高程以及特定地物等不确定性的区域地点，进行初步测绘标记，或者针对复杂区域进行标记，尤其是存在建筑物和植被遮挡的区域，必须要做好标记工作，对其中存在的不足有效弥补，保证测绘精确度[2]。

（3）地面控制测量。地面摄影控制仪的测量，主要还是依赖于无人像片摄影控制进行测量，是一种提高利用无人机高空倾斜实地摄影控制测量工作精度的有效检测措施。在图像监控控制点的测量过程中，最重要的一环是进行图像监控控制点的合理布置，如果布置不合理，将极大地降低数字图像控制数据的传输质量。因此，为了大大提高使用无人机地形倾斜影像摄影高度测量仪的工作效率以及在对影像进行数据处理后的质量，一般在地形高度变动幅度小的变质区域(例如平原地区等)中就可适当地降低遥控监测点的布设测量密度，而在一些地形高度变化幅度较大的区域(例如高山地区峡谷变质地貌)中则可适当性地增大监控点的布设测量密度。总体上，监控地点的整体布设过程，应特别注意以下几点：①进行监控的地点一般主要布设在容易识别的山形地物上和地貌上，即所有要布设的摄影和控制地点必须完全是唯一的，不能存在任何争议，一般只能布设在自然地形条件变化较小的地方，诸如山头、田角等部位；②位于测绘区域范围以外的控点的目的，在于控制测量整个测绘区域；对于一个位于半条图幅边缘中部的图框控线基点一般不应布设在偏离图框边部轮廓的航线以外；③针对位于图框航线两侧的控点，一般不应布设在左右，并且偏离航线半径不应小于半条图框基线长度的基点范围内。

6 结语

综上所述，随着无人机摄影测量技术的不断优化，在各个领域中起到了良好的应用效果。在露天矿山测绘与监测中，应用无人机摄影测量技术，具备了传统技术所无法比拟的优势，极大地提升了露天矿山测绘及监测工作效率。在接下来的时间里，随着高新技术的不断发展，无人机摄影测量技术功能将会更加完善，进而实现在露天矿山施工及其他更多领域的广泛有效应用，实现在露天矿山全生命周期中的应用，满足矿山监测及施工等要求。