无人机技术在金属矿山测绘中的应用研究

李 磊

（华北地质勘查局五一九大队，河北 保定 071025）

金属矿山测量作为工程测量领域中一项重要的工作内容，有效提升测量结果的准确性和可靠性，不仅关系着社会发展以及科技进步，同时也影响着人们生活品质的提升。近年来，我国工程测量技术工艺在不断的发展过程中得到了很大程度的改善和升级，尤其是无人机航测技术手段，融合了多种先进的理念和工艺，使得测量结果准确性有了很大程度的保障，将其运用到金属矿山测量工作中，可以大幅缩短测量周期，降低成本投入力度，同时也能有效提升外业影像数据资料的采集质量以及内业数据处理的精准度，为后续的矿产资源开发利用提供科学的参考和指导。

1 金属矿山测量的必要性

当前社会发展迫切需要开采更多的金属资源，这给金属矿山开采作业提出了更高的要求。在实际见金属资源开发和利用过程中，由于矿山企业为了追求更高的效益，会盲目无节制的实施开采作业，没有进行有效的前期测量，导致金属矿产资源开发过程中面临严重的地质灾害问题，不仅给企业发展造成严重的困扰[1]，同时也威胁到工作人员的人身安全，因此实施有效的金属矿山测量就显得尤为关键，可以有效规避地质灾害问题出现的概率，确保金属矿产资源开采的安全性和可靠性，详细体现如下：第一，金属矿山开发过程中除了可能对地形地貌等产生影响以外，还伴随着大量废气、废物产生，给周围矿山生态系统稳定性造成严重的影响，严重的甚至会对地下水资源产生干扰，所以实际当中需要结合先进的测量技术手段，有效防止开发利用对矿山环境产生干扰和影响；第二，受到测量技术等方面的限制和影响，很多金属矿山开发利用仍然存在很大的困扰，所以有必要研发新型的测量技术手段，创新金属矿山测量工艺，确保资料开发利用水平的不断提升。

2 无人机技术优势分析

2.1 影像分辨率高

随着科学技术的不断发展，特别是北斗系统的普及运用，大幅提升了实时动态GPS技术的测绘精准度和可靠性，诞生了包括车载GPS导航系统在内的多种先进测绘技术，这给无人机航空摄影测量技术的优化和升级奠定了坚实基础[2]。对于无人机航测技术而言，其融合了GPS定位技术、摄影测量技术等在内的多种功能优势，不仅提升了测量效率和质量水平，同时在影像数据分辨率方面也发挥出很大的优势。一般而言，广泛运用到工程测量领域当中的无人机航测技术，其测量产生的影像资料分辨率可达到厘米级，为后续决策分析的准确性提供了有效指导。不仅如此，相对比传统的工程测量技术手段，无人机航测技术由于不需要人工直接参与到测量作业当中，仅需远程操控无人机设备即可完成摄影测量，所以避免了很多外业测量环节，相应的误差出现概率大幅降低，在很大复杂地形区域的测量作业中得到较为广泛的运用，例如露天矿山地质测量、灾害应急测量等领域。

2.2 影像数据采集效率高

将无人机航测技术运用到金属矿山测量领域当中，通过摄影所得到的影像数据资料，为后续金属矿产资源的勘查和开采奠定基础。在金属矿山实施航空摄影过程中，主要以外业数据获取为重点，为了避免外业数据采集环节受到多方面因素的干扰和影响，实际当中需要在最短的时间里测量出大量的影像资料[3]。而无人机航测技术在该领域的运用，通常仅需要3d～5d即可实现大范围矿山区域的外业影像数据获取，相对比以往的数据采集技术，有效缩短了测量周期，同时减轻了人员的工作量和压力。

2.3 数据处理快速可靠

在金属矿山实际开展测量作业中，无论使用到哪一种技术手段，实施过程中都不可避免会涉及到数据资料的处理和分析。但是面对海量的数据信息，传统测量技术当中的的数据处理方法显然无法满足精准性和便捷性的要求，而无人机航测技术融合了计算机网络信息处理技术等功能优势，在数据处理方面发挥出显著的作用效果，详细体现在以下几个方面：第一，该技术在实际获取影像数据资料时，主要以航拍影像和POS数据等方式为主，采集、传输以及存储等环节基本都是自动化完成，减轻了手动录入信息数据的弊端和困惑，降低了数据处理过程出现的失误概率，同时也大幅减少了人工作业强度[4]；第二，所获取的遥感数据信息具备统一的坐标体系，在对该数据信息实施处理过程中，避免了坐标体系相互转换的困扰；第三，数据资料在格式方面具备统一性，在后续处理过程中仅需要结合实际情况进行简单的滤波以及去噪处理即可，不仅操作便捷，同时也有效确保了后续空三加密工作的高效开展。

2.4 经济效益较高

无人机航测技术在金属航空测量中的运用，其优势除了体现在功能特性以外，还具备显著的社会经济效益，详细包括以下几点：第一，无人机航测技术集GPS定位技术、图像整合技术以及计算机通信技术等于一体，在金属矿山测量作业中具备快速、高效的效果和优势，缩短了测量作业周期，降低了成本投入[5]；第二，由于测量周期大幅缩短，无人机航测技术相关配套的装备使用率有效提升，确保设备在较短的时间内获取更高的收益，对于提高企业经济效益意义重大。

3 无人机技术在金属矿山测绘中的应用

3.1 应用要点

3.1.1 作业流程

在实际结合无人机航测技术开展金属矿山测量工作中，获取区域地形地貌信息是重点，在此之前还需要开展一系列的准备工作，包括外业勘测、航拍路线设计等等，详细的作业流程如图1所示。

图1 无人机测量流程

（1）设计航线和控制点：无人机航测技术运用之前，一般需要结合金属矿区的实际地形地貌等特征参数，合理规划设计无人机航线，防止对后续测量结果产生干扰和影响。通常而言，在对大面积金属矿山实施测量作业时，为了尽可能的提升测量结果的准确性和可靠性，需要结合实际情况将金属矿区划分为多个区域实施单独测量，在此过程中为了避免无人机航测技术运用出现留白，还需要对旁向重叠度和航向重叠度等参数信息进行设计规划，并且对无人机航测路线进行标注，为后续无人机测量工作开展奠定基础。

（2）空中三角加密处理：虽然无人机航空摄影测量技术可以在较短的时间内获取大量的影像数据资料，但是如果金属矿山区域地形地貌比较复杂，加之周围大量植被的覆盖影像，此时会对无人机航测技术的实施产生很大的干扰和影像，不仅导致测量精准度降低，同时也会导致无人机留白问题的发生。针对于此，在实际当中需要采用空中三角加密测量的方式进行处理，以达到提升测量结果准确性目的。该处理方式的关键在于以影像方位为基础和前提，对数据信息实施计算和预测，并且结合先进的软件设备，提升数据计算处理的效率和质量，剔除相关因素的干扰和影像，同时防止无人机留白问题的出现。

（3）数据内业处理和成果图件输出：利用无人机航测技术获取金属矿山地形地貌影像数据资料时，所采集到的数据信息一般具备多样化特征，包括地形信息、周围植被信息等，如此海量的数据信息资料显著提升了后续数据处理难度，给无人机航测精准度的提升造成一定的困扰。不仅如此，影像数据信息的拼接以及像控点的联测等作为内业数据处理的重点，要想有效确保数据处理结果质量，还需要在初步完成这些操作后，将结果导入专业的绘图软件当中，结合内定向、相机畸变等处理，最终输出高质量的成果图，此时交由专业的工作人员进行核实和检查，一旦发现精准度问题，要及时进行调整或者重测，直至符合检查要求后，方可进行成果资料的提交操作。

（4）成果精度分析：所谓成果精度分析，是检测无人机航测技术结果的关键步骤，在实际运用到金属矿山测量作业中时，要综合多方面因素对无人机航测得到的成果资料进行数据对比，有效确保整体测量结果精准度和可靠性。

3.1.2 矿山地形测绘

现代化金属矿山测绘作业开展中，结合无人机航测技术主要以获取基础性数据信息为主，包括遥感影像资料、地形地貌图像以及高程模型等等，在以往的测绘作业开展中主要运用传统的测量方法，而由于很多金属矿区地处位置十分偏僻，区域地形地貌比较复杂多变，在基础性数据资料获取方面只能粗略进行采集，导致基础性数据信息自身的准确性和可靠性受到影响，难以结合数据信息全面掌握金属矿山的情况，给后续金属矿产资源开发利用造成困扰。对于新型的无人机航测技术来说，其可以有效弥补上述存在的不足，确保基础性数据信息获取的全面性和准确性，适用于特别复杂多变的金属矿区环境测量当中，有效为后续的资源开发利用提供指导和依据。

3.1.3 保护矿山资源和环境

金属矿山开发利用的过程中不可避免会对周围生态系统造成破坏和影响，所以后续需要制定有效的环境整治方案，确保生态系统恢复正常。在生态系统后期恢复过程中，涉及到一系列的数据信息采集工作，传统的人工勘察难以符合既定的标准和要求，所以无人机航测技术便成为主要的技术手段，被运用到金属矿山生态系统恢复测量工作当中，在实际中主要结合无人机航测技术进行环境恢复检查，通过飞行器当中的传感器装置明确具体的待检区域后，实现目标区域的远程影像资料采集，在通过专门软件的处理后，工作人员可以直观立体的掌握矿区生态系统的实际情况，然后以此为依据制定相应的环境恢复策略，确保提高金属矿山生态系统的稳定性和可靠性。除此之外，金属矿产资源作为稀缺的不可再生资源，其开发和利用必须要有所节制，为了避免出现随意开发的问题，相关环境监管部门可以利用无人机航测技术实施金属矿山的远程监测和管理，及时掌握金属矿产资源的开发利用情况，以达到保护资源的实质性目的。

3.2 应用实践

3.2.1 矿区概况

为了全面掌握金属矿山地形地貌以及金属资源的储量情况，本次研究结合某金属矿山实例，运用无人机航测技术采集区域影像数据资料，然后构建万维模型，并且通过对比不同时期的模型情况，直观立体的掌握相关信息。该金属矿区的相关参数信息如下：矿区面积2.5km2，属于丘陵地带，观测区域海拔+460m～650m，高差190m。根据金属矿区的实际情况，本次研究选择大疆精灵4P无人机实施具体的测绘作业，实际当中需要构建1∶1000的矿区三维模型[6]。

3.2.2 像片控制测量

该金属矿区航测点位主要采用区域网布设方式，间隔40cm～50cm布设一个像片控制点，整个矿区共计布设14个点位，其中4个用于空三检查，10个用于平差计算。对于像片控制点测量方法，主要以无人机+RTK测量为主，使用国家标准坐标系实施处理。经过检查，采用的像控制点高程、平面中误差分别为34mm、23mm，满足测量规范要求。

3.2.3 三维模型构建

图2为依据航空测量数据处理得到的三维模型，首先需要采用大疆无人机获取到的航空测量相片，随后将测量相片导入到Smart 3D处理软件中，通过空三计算将同点名匹配并自动生成，形成三维模型。采用I-Data软件可以直接在三维模型上进行数划线等操作[7]，同时可以将不同时期获取到的三维模型进行叠加比对，如此可以更加直观的完成模型数据对比分析工作。

图2 金属矿山三维模型

3.2.4 精度分析

本次测量对矿区三维地型要素进行采集，并构建三维模型。通过实际测量高程与生产的三维模型高程进行比对，可以对构建的三维模型等高线精度进行统计。在测量现场获取的20个标高特征点，具体包括有房屋、道路交汇点以及开采点等，测量数据处理后得到的测量平面精度为292mm，具体测量平面统计精度见表1，可以满足在丘陵地区测量平面中误差小于600mm精度要求。

表1 测量平面精度

4 结语

综上所述，金属矿山环境相对恶劣复杂，给金属矿产资源的开发利用造成很大的困扰，加之资源开采可能会对环境造成破坏和影响，所以实施金属矿山区域的测绘作业就显得尤为关键。随着测绘技术手段的不断升级和优化，无人机航测技术的功能优势逐渐完善和强大，将其运用到金属矿区测绘作业当中，不仅可以全面提升测量作业效率和质量，同时也能大幅降低人工作业强度。本次研究中主要结合实例，重点利用大疆无人机对某金属矿山区域实施具体的测量和对比，结果显示测量误差在允许的范围之内，符合既定的精度标准和要求。需要注意的是，在进行金属矿山作业的过程中，也要注意周围环境的保护，避免资源的浪费。现代测绘技术在地质工作中是非常重要的，增强对现代测绘技术的发展能够提升地质工作的效率和质量。无人机的技术能够在金属矿山测绘的过程中使金属矿山测绘的信息更加准确，同时也能提升人员野外测绘时安全性。