矿山工程地质结构测绘中航空摄影测量的应用研究

2022-10-21赵晋睿

世界有色金属 2022年15期

赵晋睿

（河北九华勘查测绘有限责任公司，河北保定 071000）

科学技术不断发展，利用传统的技术和设备等无法满足行业发展需求，因此各行业不断推出各项新技术和新设备，推动整个行业健康发展。针对矿山工程设计工作中需要利用精确性的测绘数据，而利用航空摄影测量技术可以提高测绘资料的精确性，因此在矿山工程地形测绘中需要推广利用航空摄影测量技术。不同的矿山工程设计工作需要利用不同的地形测绘资料，为了保障矿山工程地形测绘工作质量，设计人员需要合理选择航空摄影仪和航摄比例尺等，提高信息资料的精确度，从而充分发挥出航空摄影测量的优势。

1 概述航空摄影测量

（1）概念。利用航空摄影测量技术可以精确性的测量十分渺小的物质，因为航空摄影测量技术可以利用较多的传感器，同时可以综合利用红外线和可见光以及重力等因素，有效控制测量误差。例如在航空工作中需要发挥出探测功能，主要是探测周围物质，因此需要利用紫外线传感器接收各种物质的紫外线，从而可以准确的判断实际距离。当前在矿山工程中广泛利用航空摄影测量，在实际施工之前需要测量地质结构的深度，针对传统的矿山工程施工，工作人员主要是利用人工测量方式，将会产生测量偏差。如果无法保障数据的精确性，将无法正确选择施工材料，不利于保障矿山工程质量，甚至会引发安全问题。因此在矿山工程中航空摄影测量技术发挥着重要的作用，有利于提高定位效率，有效控制矿山工程误差[1]。

图1 无人机航空摄影测量作业流程图

（2）发展现状。航空摄影测量主要是利用各种飞行器和航摄仪器连续性拍摄地面，通过利用二者可以测量、立体测绘地面目标控制点，根据拍摄的图片绘制目标控制点的地形图。在社会经济发展过程中，航空航天不仅仅是研制飞机和探索外太空，而且开始大力研究飞行器，从而为国家发展奠定基础。在这一过程中不断提高航空摄影测量技术的自动化和信息化，综合利用无人飞行器和信息技术，可以精确的测量地面目标。例如利用测量技术可以定点测量地面，同时可以通过数字遥感系统存储测量数据。

2 航空摄影测量技术的特点

（1）数据精确性。在矿山工程施工中存在较多的影响因素，为了保障矿山工程施工质量和安全性，在工程施工之前需要做好施工准备工作，其中工程测绘工作发挥着重要的作用。利用航空摄影测量技术可以有效规避各种影响因素，通过远程操控的方式，飞行器可以根据既定路线飞行并且完成测量工作，不仅可以提高飞行器运行的稳定性，同时可以保障测量工作的安全性。利用航空摄影测量技术还可以拍摄高危地区，利用精密性的摄影设备，保障测量结果的精确性，为矿山工程建设主体提供准确的数据，促进我国矿山工程健康发展。利用航空摄影测量可以系统化的设计测量工作的流程，有助于顺利完成测量任务。技术人员在拍摄之前需要根据系统流程制作飞行阶段，在实际飞行过程中可以落实可视化操作，提高目标拍摄效率。完成飞行工作之后，可以拍摄重现飞行路线，确定是否存在遗漏的地区，如果发现遗漏点可以重新补拍，进一步提高拍摄工作的精确性[2]。

（2）安全性。我国各地区的地形条件和地理气候具有较大的差异性，地理因素会影响到卫星遥感数据采集技术，同时会增加测量误差，再加上地理环境非常复杂，将会威胁到工作人员的生命安全。通过利用航空摄影测量技术可以解决上述难题，航高和地质地形以及气候条件等都不会影响到航空摄影测量工作，有利于保护测量人员和测量设备，避免人员安全风险，同时还可以获得高质量的成像数据。

（3）灵活性。在航空摄影过程中，对比其它设备，无人机使用率比较高。操作人员可以灵活的操作无人机，同时具有较大的运动范围，在实际工作中影响因素比较少，对于无人机起降场也没有提出特殊的要求。在航空摄影测量过程中，无人机起飞前期准备时间比较短，因为体积比较小，因此在实际飞行过程中具有较高的灵活性，可以高效的完成拍摄任务，同时发挥出储存功能，可以随时保存拍摄的内容，提高整体工作效率[3]。

（4）性价比高。利用航空摄影测量技术可以搜集高精度影像，同时可以全面采集局部信息。通过利用彩色数字摄影设备，可以进一步提高测量水平，不仅可以精确定位数据，同时可以保障影像资料的清晰度，显著提高测量工作效率，优化整体测量效果。在航空摄影测量过程中，系统构建和维护工作的成本比较低，飞行器准备程序也非常简单，同时可以实现节能效果，因此航空摄影测量的性价比比较高。

3 航空摄影测量的主要技术

（1）像控点测量。利用像控点测量技术可以提高定位工作的精确性。在实际工作中，需要在基站中设置GPS接收器，负责转换高度和坐标等信息，最终向流动站中输入参数，实现相位控制目标。在基站和流动站中传输卫星信号，可以利用控制手簿有效处理数据。此外可以比较预定时间和实际时间，通过系统性的测量，优化改进时间表。通过高度测量工作，可以在手册中同时记录坐标和进度等。在被测位置测量过程中，需要根据高速运动瞬时位置切割空间[4]。

在航空摄影测量主要是利用无人机技术，综合各个无人机构建飞行网络，因此实现测量目标。通过构建规范性的路由网络，可以节省测量时间，获得精确性的测量数据。通过相同的方式排列路径末端的上下控制点，然后利用主点在同一条直线上设置上下控制点。

（2）DOM技术。DOM技术指的是利用飞行器低空拍摄采集数据信息，因此获得数字化图像和影像资料，避免因为影像因素干扰航空摄影测量，从而引发影像失真等问题。利用DOM技术实现定向操作，主要包括内定向和绝对定向以及相对定向三种类型，通过定向操作可以纠正数据信息。利用DOM技术可以结合摄影测量影像资料和信息资料，科学的分析处理测量目标区域。

（3）基本作业技术。完成图像控制点布局工作之后，需要利用航空摄影测量技术，测量矿山工程中地质结构发育及被测物体的高度。保障调查的准确性，有利于精确性的调查矿山工程地质地形图，关系到矿山开采调节后地下水的储水量，因此需要严格控制高程测量的误差在±10cm范围内。如果矿山工程具有较小的坡度，需要控制高程测量误差在±30cm范围内，如果在丘陵地区建设矿山工程，需要控制高程误差在±50cm范围内。在调查矿山水工程库区的过程中，需要全面系统的调查1∶2000的地形图，利用这种测量方式可以满足矿山工程调查需求。在测量库区地形图的过程中可以利用航空摄影测量方式，严格控制误差在±20cm范围内，在矿山工程地质结构中，矿山功能层地形图基站标定工作发挥着重要的作用。提高标定站标定结果的精确性，有利于提升航空摄影测量精确性，同时可以缓解数据分析和处理的矛盾。在特定标准阶段可以利用以下方式：①可以根据参考站的坐标数据获取静态数据，并且在手簿中输入航空摄影测量控制点的坐标，提高矿山勘查功能层地形测量数据的精确性。随后利用流动站获取控制点坐标数据，并且可以转化收集的数据为地形图数据，为地形图绘制工作奠定基础。②在矿山工程特殊区域调查和绘制过程中，如果缺乏合适的控制点，可以在该区域平坦的位置布置参考站，可以在基站的设定点中收集数据。

（4）相片控制技术。在矿山工程地质测绘中利用航空摄影测量，可以获得面部区域的地形因素，同时可以结合卫星定位系统，建立目标区域实际情况和数据的对立关系，并且转换地面测量数据，有利于提高测量数据的完整性。而利用相片控制技术，开结合全球定位系统和测量技术，方便施工单位掌握矿山工程的全部信息。

（5）立体采编测量。完成航空摄影测量之后，需要统一采编获取的数据，并且通过分析和检验节点数据，进一步提高数据的精确性，结合航空摄影测量数据，利用手工绘制的方式详细标注等高线，有效提高地形测试的精确性。

（6）POS系统辅助空中三角测量技术。为了提高航空摄影测量水平，需要利用POS系统辅助空中三角测量技术，这一技术融合了DGPS技术和IMU技术的优势，可以有效联测GPS接收机和地面控制点假设的基站，同时利用全数字摄影测量系统和加密分区等，可以有效保障高程测量精度。

4 航空摄影测量在矿山工程地质测绘中的具体应用

（1）在数据控制中应用。我国矿山工程地质结构发展条件非常复杂，因此增加了施工难度，同时会降低矿山工程的施工进度。针对传统的测量工作，技术人员主要是利用光学仪器采集数据，如果遇到障碍物将会影响到仪器测量，中断测量工作之后不利于保障测量结果的精确性。而无人机质量较轻，而且体积比较小，可以降低障碍物的影响，同时可以全面记录相关数据，并且可以完整的呈现出测量的数据和路线等，为施工单位提供参考数据和参考路线，可以有效指导工程建设设计和施工方向进程等，显著提高工程施工效率。

（2）在精准位移中利用。利用航空摄影测量技术灵活性和可靠性的特征，可以精确测量被测物体的方位，并且利用空间坐标直观的展示出来，方便工程师观看。在矿山工程施工过程中需要合理确定堤坝位置，矿山工程施工后要进行加固和改造地下水资源储存和运行，因此在实际施工中需要综合考量水流量和压力等条件，延长堤坝使用寿命，避免影响到整体矿山工程的质量。利用航空摄影测量技术可以构建数据分析系统，全面计算和分析水流的流速和压力等，促使工程师精确定位堤坝位置，合理选择施工工艺，保障位移的精确性，因此保障矿山工程施工质量，保障整体施工效益，提高人们生活的便利性。

（3）在工程检测中。矿山工程施工过程中，因为自然条件缺乏稳定性，可能会破坏已经完工的工程项目，因此增加了施工安全隐患，一些隐患无法通过肉眼检测，可以利用航空摄影测量技术反复检查，例如可以通过信息技术处理系统的接收和定位系统，将建筑隐患直接显示出来，如果发现安全隐患需要及时调整，高效的处理存在的隐患。在实际施工过程中需要合理选择检测技术定期检测工程，如果无法保障工程安全问题，将会严重浪费工程资源，而利用航空摄影测量可以有效解决这一问题，提高整体工程质量。

（4）在校准基站中利用。①数据收集。通过全面收集现有的数据，并且通过数据分析确定矿山工程坐标数据，并且将坐标数据输入到手簿当中，随后结合收集的数据和流动站的地理参数，科学的解析所有的数据，并且替换坐标数据和相应地理数据，通常是在已知点矿山工程基站的数据分析中利用这种方法。②测量流动站控制点测量后的坐标。通常是在随机放置的参考基站考察中利用这种方法。但是在实际测量阶段，为了发挥出航空探勘作用，需要加强管控航空飞行质量：首先需要严格控制照片的倾斜度，严格控制飞行拍摄的照片倾斜度在3°以内，如果不符合这一标准，需要根据测量要求检查拍摄测量方法，保障测量的精确性。其次，为了全面拍摄整个测量区，如果对比拍摄最小限度，重叠程度更小一些，拍摄人员需要结合实际情况合理调整飞行距离，从而顺利完成拍摄测量飞行任务。最后在处理飞机摄像图片的过程中，需要严格控制路线图像曲率，严格控制曲率在原曲率3%范围内，同时需要控制旋转角度在6°以内。

（5）在矿山地质测绘中利用。利用航空摄影测量技术，可以通过正交投影图显现地面中心投影图，在这一过程中需要利用模拟法和分析法，因此为了获得精确性的测量结果，在内部执行阶段需要加强监测映射控制点，同时要加密处理映射监控制点。首先需要利用常规三角剖分法，通常是应用于丘陵等区域的工程检测过程中，在航空拍摄阶段以三角剖分法为基础。其次在野外作业中需要高度关注关键点，从而保障地形图测绘效果。关键点如下：①在联合测量光控点的过程中，需要利用常规测量方式确定地面高程和平面坐标。②针对新添加的矿山开采功能层等，需要通过调查确定地名，并且要做好标记。③在实际测量和测绘阶段，要注意结合室内和室外以及室内外结合等方式完成相关工作。

（6）在误差处理中利用。①在处理存储模块错误的过程中利用。在无人机航空测量阶段，为了向地面及时传回图像和航空测量数据，需要利用实时传送技术，可以在飞行器中设置无线传输模块，为了降低飞行器的负荷量，通常是安装小体积的传感器，但是对比功能齐全的传感器模块，这种模块出来的结果将会根据实际情况发生转变，同时不利于保障工作效果，传输的数据将会产生问题，不利于保障数据的真实性。为了解决这一问题，需要结合实际情况更新通信设备，提高矿山工程测量数据的精确性。此外需要增加无人机内置存储模块的容量，并且要临时收集图形数据。完成无人机航测工作之后，要在存储设备中及时保存，并且可以直接导出数据，这样无需压缩处理即可提高图像数据的精确性。②在处理无人机平台事故的过程中，在航空拍摄过程中存在较多的影响因素，将会产生航行偏差，或者无法在合适的角度拍摄图像，从而影响到数据的精确性。为了解决上述问题，在拍摄过程中，工作人员需要紧密联系气象部门，注意在晴天进行航空拍摄工作，因此降低天气因素对于航空摄影测量工作的干扰。此外可以结合利用智能导航和手动控制模式，辅助无人机获得精确性的图像数据。此外可以设置空中POS和GPS定位，实现空中重复测量，有利于提高数据精确性。

（7）航空摄影测量的注意事项。①根据设计图纸选选像控点。在矿山工程测绘过程中，需要严格根据设计图纸选点：首先在埋石过程中，需要保障所选地点交通的便利性，方便放置航空摄影设备，更加方便利的完成操作作业，其次如果选择无人机完成拍摄工作，为了减少工作中的影响因素，需要选择视野开阔和水流较小的区域。最后在选点阶段，需要全面考核周围情况，提高选点工作的精确性。②确定摄影比例。在拍摄过程中控制图片倾斜角在3°范围内，如果发现误差问题需要及时停止拍摄，通过抽查摄影测量方式，显著提高成图质量。为了扩大拍摄范围，需要加强限制重叠度，结合实际需要合理增加航班，进一步提高飞行测量水平。完成拍摄工作之后需要控制航线图像弯曲度，控制弯曲度在3%范围内。

5 航空摄影测量未来发展趋势

无人机技术不断发展，在航空摄影测量领域将会发挥出较大的优势。此外在矿山工程地质测量的工作中，要求提高无人机航空测量的准确性，同时要求及时反馈信息，这就需要不断创新和完善无人机航空测量技术。在未来发展过程中主要包括两方面的发展趋势：①提高智能化水平：在航空摄影测量中仍旧存在较多的无效数据，并且存在很多重叠的图像数据和模糊数据，通过进一步提高无人机的智能水平，有利于自动化调整曝光参数和拍摄角度，因此提高图像数据的清晰度。②无人机和设备的小型化：实现无人机和设备的小型化，将会增加拍摄时间，同时还会完成更多的空中勘测任务，适合在大型矿山工程勘测工作中利用。