矿山储量动态监测中无人机摄影测量技术应用分析

庄宏坤

（中国建筑材料工业地质勘查中心四川总队，四川 成都 610052）

当前社会上对于矿产资源的需求量不断提高，在满足矿产资源需求时不能一味的对矿产资源进行开发，应当制定科学的开发计划，避免矿产资源频繁出现枯竭的现象，对于未来社会的持续发展有着不利影响。矿山储量监测是了解矿产资源总量的重要方式，为了能够更加直接的了解储量变化情况，开始选择动态化监测手段，无人机摄影测量技术则是较为常用的一种监测技术，可以在短时间内获取监测数据，提高监测精度，对于矿产企业生产经营模式的调整有着积极影响。相关人员需要正确认识无人机摄影测量技术的特点以及矿山储量动态监测要求，将该种测绘技术能够有机融入到矿产储量动态监测活动中。

1 无人机摄影测量技术

无人机是当前各个行业均广泛应用的一种飞行装备，在信息技术的影响下其应用范围扩大，在工程建设领域﹑采油领域﹑消防领域﹑农业生产领域取得了较好的应用效果。无人机操作较为灵活，能实现远程操控，并且具备智能化的优势，能够对所获取的数据行智能处理。通过将无人机技术和摄影测量技术进行融合形成了无人机摄影测量系统，在历史学领域以及考古学领域应用广泛，能够针对大量的摄影测量数据进行自动处理，在完成计算后得出测量结果。目前在矿山储量动态监测活动中也开始运用这一技术，该技术主要包括综合测量法﹑全方位测量法以及划分测量法，不同测量方法的特点有所不同[1]。综合测量法在土地调查过程中应用较多，全方位测量法适宜在山区数据测量中应用，划分测量法则可以选择在丘陵区域进行应用，需要相关人员能够结合具体的测量要求以及地形特点选择监测方式。

2 无人机摄影测量技术应用价值和优势

2.1 应用价值

矿山储量动态监测作业的开展难度较大，需要利用较为专业的理论以及技术，特别是矿山所在区域偏僻，地形复杂，所需要面临的工作环境较为恶劣，使得监测活动的难度进一步增加。传统的矿山储量动态监测作业需要投入较多的资源，包括人力资源﹑物力资源以及财力资源，所需要消耗的时间也较长，难以及时获取矿山储量变化数据，无法取得预期的监测效果，也给后续矿产资源的合理开发带来了不利影响。通过无人机摄影测量技术的应用可以以无人机作为基础，针对矿区的各个角落实施大面积测量，扩大了测量范围，减少了测量所需要的时间，提高了监测活动的开展效率。无人机摄影测量技术利用空中作业的方式进行测量，减少了地形给测量活动带来的影响，能够忽略地势复杂因素的不利因素，减轻了矿山动态储量的监测难度。无人机带有数码相机，随着信息技术的不断发展，数码相机的分辨率持续提高，利用高分辨率的相机能够及时获取测量区域内的图像数据，获得更加清晰的数据图像，避免在人为监测过程中出现数据误差。数码相机所拍摄的图片可以上传到系统中，作为后续矿山开采活动所依据的数据。无人机摄影测量技术所需要投入的成本较少，需要针对无人机及其佩戴的装置设备进行改善即可，在物力资源﹑时间成本以及人力资源方面投入较少，能够有效提高监测效益，避免出现资源浪费的现象。无人机摄影测量技术在使用的过程中只需要针对天气进行预测，尽可能避开存在气象灾害隐患的天气即可，使用不受限制，具有较高的应用价值，能够满足现阶段矿山储量动态监测需求[2]。

2.2 应用优势

从技术角度来讲无人机摄影测量技术具有较强的应用优势，具有技术可行性，主要表现在测量精度以及后续数据计算两个方面。第一，通过无人机摄影测量技术所获取的数据精度水平较高。在以往的测量作业模式下，在针对矿山储量进行动态监测时所获取的数值为真值，在具体的测量作业过程中，利用传统测量作业所获取的结果减去无人机摄影测量技术所获得的结果得出偏差值，之后利用偏差量和传统测量结果进行相除，能够得出在矿山储量的动态监测过程中所存在的相对误差。在测量过程中如果发现矿坑内出现堆积的现象，则以往的监测手段会通过计算规则椎体的方式进行分析，可以针对矿坑外部表面位置进行完整拟合处理，之后对分辨率进行有效控制。通过0.1米的分辨率可以及时形成DEM，能够针对矿坑进行更加精准的测量，可以为矿山储量动态监测活动的开展提供重要保障[3]。

第二，通过无人机摄影测量技术能够有效提高计算效率。计算效率是该技术较为特殊的一项优势，可以在短时间内针对大量数据进行分析，例如，如果需要针对某个矿区实施储量动态监测，以往的人工监测模式需要通过42小时才可以完成工程测量作业，而利用新型的无人机摄影测量手段只需要16个小时即可完成监测作业。在具体的技术应用过程中需要先明确像素点，要求像素点的数量在5个或者5个以上，之后使用数码相机对矿区实施监测测量，利用测量过程中的照片进行分析，提取监测数据。在对其数据实施处理后将其制作成为DOM﹑DEM，可以满足后续的矿区监测需求，为相关企业生产活动的开展提供重要的数据支持。

由此可见，在矿山储量动态监测活动中新型技术的应用是具有极强可行性的，应用优势较为突出，充分发挥了无人机灵活的功能特点，获取高分辨率的相片，可以在今后的动态监测过程中进行应用。

3 矿山储量动态监测中无人机摄影测量技术应用要点

矿山储量动态监测作业所需要经历一系列的流程，在无人机摄影测量技术应用过程中应当遵循技术应用要点，这样才能够充分发挥技术的效果，提升监测质量。当前个别工作人员认为无人机摄影测量技术只是需移动无人机拍摄照片即可，在具体的监测过程中缺少监测重点，对于要求较多的环节没有进行要点把控，使得无人机摄影测量技术的优势未能完全发挥[4]。下文从4个角度出发对应用要点进行了分析，以期能够为无人机摄影测量技术应用提供参考。

3.1 对整体环境实施监测

在进行监测测量时需要对矿山环境进行分析，这是影响动态监测效果的主要因素，可以更好的把握矿山储量所产生的动态变化特点，对于后续矿山管理策略的制定有着重要意义。在矿区需要对矿产资源进行合理开采，当完成开采作业并将其运出之后土体结构会受到影响，其完整性被破坏，这也会使得矿区内部出现较为显著的应力变化问题。如果没有及时对这一变化进行监测和分析，很有可能会增加后续开采作业的难度引发安全问题。例如在矿山开采活动中出现了开采区陷落的现象，给矿产资源开采活动的开展带来了一定的阻碍，并且监测时所需要面临的环境复杂程度较高，也使得工作阻力有所上升。在使用无人机摄影测量技术时应当针对矿山的整体情况实施全面检查，对无人机的飞行起点以及终点进行明确，优化无人机航线设计，保证其可以对矿山整体进行巡查，了解矿山整体环境在开采过程中所产生的变化，为矿山储量动态化监测数据的分析提供基础保障[5]。

3.2 精准获取动态变化数据

在矿山储量动态监测活动中变化数据的获取质量是极其关键的，高质量的数据能够有效提高监测效果，保证后续数据分析的准确性。无人机摄影测量技术能够从高空对当地的地形地貌进行整体检查，获取真实直观的地貌资料，让相关人员可以了解矿区开采的具体情况，通过对所获取的地形地貌信息进行处理可以形成矿区三维模型，以立体的方式向相关人员展示矿区的目前情况，相关工作人员可以通过三维模型调整的方式对动态变化情况进行分析。在测量作业中需要先做好像控点设置活动，在设置时需要先保证像控点的数量能够满足测量需求，同时还需要从平面点以及平高点两个角度出发，对其布设计划进行调整。在布设的过程中可以使用RTK技术或者CORS技术，能够提高后期数据处理和管理效率。RTK技术为载波相位差分技术，可以同时针对两个测量载波相位进行有效测量，具有实时性的特点，在工程测量过程中拥有较大优势。在具体的测量过程中会将基准站所收集的数据发送给接收设备，通过求差的方式计算坐标，是当前市政工程测量过程中经常选择的卫星定位测量手段。如图1所示，即为矿山储量动态监测流程[6]。

图1 矿山储量动态监测流程

在明确像控点位置之后，为了能够提升测量质量，需要对航空拍摄计划进行调整和规划，一般情况下可以选择中海达iFly D1 pro四旋翼无人机航摄遥感系统。该无人机0.9≤轴距≤1m，标准载荷≥2kg，同时支持RTK/PPK差分定位，定位精度平面±2.5cm+1ppm，高程±5mm+1ppm，巡航速度12m/s，最大速度15m/s，续航时间≥60min，支持.kml﹑.kmz文件直接生成航线，当任务完成后，可于屏幕上查看飞行过程及数据。在进行测量作业时需要关注控制地点直径，如果直径为1m，需要明确测量中心点，以此为基础在四周布设控制点位。重视对光束法进行合理应用，光束法区域网平差是以一幅影像所组成的一束光线作为平差的基本单元，以中心投影的共线方程作为平差的基础方程。通过各个光线束在空间的旋转和平移，使模型之间的公共点的光线实现最佳的交会并使整个区域最佳地纳入到已知的控制点坐标系中去。通过各种方式能够完成三角测量要求，在测量完毕后需要根据空三加密结果形成DEM和DOM，能够针对平面坐标进行结算，为后续中高程数值的明确提供数据支持[7]。

3.3 动态监测数据内业处理

内业处理属于该技术应用的关键，可以对所获取的数据进行有效利用，充分发挥数据的价值和功能。在具体的处理活动中需要对设备曝光摄影时所处的坐标数据进行收集，获取瞬间三维坐标之后结合GPS技术明确坐标所在位置，能够明确无人机所在位置，了解在该位置的矿山情况。对无人机飞行过程中的姿态参数进行分析和参考，以此为基础利用云计算系统完成空三解算处理，并对图形的色彩进行适当处理。在处理图形色彩时应保证处理方式的规范化，使用矢量化自动成图软件进行处理，能够提升图像之间衔接的合理性，还可以保证图像色彩处于统一的状态。在完成处理后对其进行整合能够获取测量区域的地形图纸。在无人机摄影测量技术应用过程中，无人机的飞行状态会给图形的摄影带来一定影响，从而给最终的成图精度带来影响，因此在后期分析时需要对这一因素进行参考。除此之外，还需要做好畸变数据的处理，对其进行纠正，一般情况下可以选择正射纠正法进行处理，能够对图像点位之间存在的位移偏差问题进行有效处理。在计算过程中，将像底点到达像点基线长和起幅高层进行相乘，之后除以无人机此时的飞行高度。通过对位移偏差进行有序计算能够为无人机设备的飞行和运作提供有效指导，从而提高监测结果处理的合理性[8]。

3.4 矿坑上下底面监测

在进行矿山储量动态监测过程中需要关注上下两个底面的监测，这两个环节属于监测作业的关键。在上底面监测作业过程中，需要对原始地貌进行仔细分析，以此为基础研究了解矿区地貌所处的自然状态，为了能够保证监测的有序性，可以将上底面作为平面。在监测时需要对矿坑边缘测量高程点均值进行准确计算。在下底面监测过程中，需要利用计算设备针对矿产资源储量实施计算，利用上下底面相减后所得的数值即可了解差值情况。在进行矿产资源储备总量的评估过程中，需要结合采坑面积因素﹑采深因素进行综合分析，以1∶1000的标准对图片中的内容展开分析[9]。

4 结语

矿产资源主要是由于地质成矿作用而形成的资源类型，以固态﹑液态或者气态的形式存储，包括能源矿产﹑金属矿产﹑水气矿产以及非金属矿产多个类型，在我国各个领域有着广泛的应用。矿产资源供应和需求的矛盾问题，需要重视对矿山储量监测作业模式进行调整，为矿产资源的合理开发提供重要保障。在应用无人机摄影测量技术时应当对整体环境实施监测，精准获取动态变化数据，做好动态监测数据内业处理，对矿坑上下底面进行监测，充分发挥无人机摄影测量技术的应用优势和价值。在未来的社会发展过程中矿产资源供需矛盾将会进一步加剧，应当不断对测量手段进行创新，提高动态监测质量。