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浅析露天矿山无人机倾斜摄影测量技术的应用策略

2021-12-16 112 上传者：管理员

摘要：无人机倾斜摄影测量技术属于矿山测绘的一项新技术，主要分析了无人机倾斜摄影测量技术的定义以及将其应用于露天矿山测绘中的优势，并从航测外业、内业三维建模成果输出、露天矿山方量变化及计算等方面，探究了相关应用要点。

关键词：
倾斜摄影测量技术
图像信息采集
无人机
矿山测绘
露天矿山
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作为国民经济和社会发展支柱型产业之一，矿业起到基础性的支撑作用。作为矿山开采的基础条件，测绘质量提升属于行业重点探究的一个课题。无人机属于现阶段一种新颖的数据采集载体，与传统人工方式相比，存在着工作质量高、效率高、操作简单、机动性高等相关特点[1]。同时，无人机测绘技术将地面的地物、地貌空间具体状况体现出来，能够满足大比例尺成图要求，既缩短信息获取的时间，又有利于作业精度与效率的提高，在露天矿山测绘中发展前景较好。

1、无人机倾斜摄影测量技术定义

无人机测绘涉及极高的智能化程度，作业能力强，在适中的飞行高度通过设备中搭载的高品质分辨相机系统实施摄影、数据采集工作，通过自身电子摄像传感器记录坐标、航速及航高等数据，内业通过对航拍影像全面处理转换，呈现在用户终端，让使用人员收集到精确、全面的影像模型及数据信息。现阶段，在测绘领域中，无人机所展现出的应用价值和作用十分显著，有利于全面、真实反映地理空间数据。将无人机测绘运用于露天矿山测绘的过程中，以踏勘测区、布设像控点、基本控制测量、航空测量及影像采集等为外业主要步骤，图1呈现了无人机航测的工作流程。

2、无人机测绘在露天矿山测绘中的优势

2.1 操作灵活

无人机测绘技术正在向着自动化、信息化的方向发展，和人工测绘相比，无人机测绘在成本和效益层面拥有极大优势。现阶段，无人机设备在体积方面逐渐减小，方便携带和操作，更好的满足测绘要求。

2.2 数据精度高

受露天矿山环境复杂、现场人工测量风险高等相关因素的影响，传统测绘难以到达高陡边坡、采矿现场等区域。通过对无人机测绘技术的运用，可以确保外业测绘作业安全、高效的完成，并且采取低空飞行信息采集和搭载高分辨率摄像机的方式，可以采集到高精度画面，促进工作效果提升。所以，运用无人机测绘技术既能提高数据精确性，又可以与计算机软件相结合，将可视化信息形成，在后续采矿设计、矿山规划中发挥更高的效能。

2.3 应急功能强大

就露天矿山测绘工作而言，涉及较多复杂的区域，包含采区、排土场和尾矿库等重大危险源，在实际测绘时容易出现不稳定因素，无法满足应急管理工作需求[2]。常规作业方式受较多现场因素的影响，若出现应急情况，通常难以及时的发现问题进行处理，引起不必要的、本可避免的损失出现。通过对无人机测绘技术的运用，可以更好的处理应急情况，因为无人机具有机动灵活、可远程操控的特点，遭遇突发情况时，可以即派即用，为应急工作的开展起到重要作用。

3、无人机露天矿山测绘的工作概述

3.1 提供矿山生产基础数据

为确保矿山生产严格按照规划设计及月度、年度计划目标施工作业，需测绘采场大比例尺地形图，为工程计量、监控生产、调节生产提供必要的数据支持，保证矿产资源可以实现良好的开发与利用，确保安全、有序生产。

3.2 助力绿色矿山建设

露天矿山主要区域包括采场永久边坡、采场废渣堆弃场、尾矿库等，为建设绿色矿山，修复生态环境，利用无人机测绘技术实时、全面监测生态状况，如土体流失、植被生长、水位变化等，通过影像图清楚直观反映矿山总体情况，为矿产合理开发利用与环境保护协调发展发挥全新的作用。

3.3 助力数字矿山建设

矿山资源开发利用的工艺、生产、组织和工程决策，正飞速利用数字化技术，通过无人机测绘提供空间定位技术，把整个矿山及周边范围内的地物、地貌与地下地质按照三维坐标真实模拟出来并有机结合，有利于资源高效、有序管理；以测绘、遥感、地理信息系统为基础的空间信息技术为建设新型数字化智慧矿山提供可靠、实时的技术支持。

4、无人机露天矿山测绘中的应用要点

4.1 航测外业

在露天矿山测绘中运用无人机测绘技术，需要做好航测计划、设备检查、参数设置等前置工作；需要明确测绘任务涉及到的范围，明确矿山区域地形、干扰源分布等相关状况；正确制定无人机航线规划，准确操作，并结合可能会出现的各类紧急事故，建立相应应急预案[3]。

露天采场跨台阶作业其高差常达数百米，无人机测绘需要实施分层飞行设计，以达相应地面分辨率；在区域划分上，需要保证航测布设和飞行路线相同，参考航测航高设置，要求分区地形高差始终不超过真实航高的1/6,在确保行线平直的同时，最大程度上区分跨度，并覆盖所需的测绘区域。为保证大比例尺地形图成像精度能够符合设计标准，缩短成像周期，选择合适的飞行高度，具体可参考GB/T23236—2009数字航空摄影测量空中三角测量规范、GB/T15967—2008《1∶5001∶10001∶2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》。

像控点布设以符合每架次采集面积及接边因素作为标准要求，并按照平面位置中误差不超过图上0.15mm、高程中误差不超过1/10基本等高距，通过测区控制点使用全站仪或RTK进行观测采集。

4.2 内业三维建模成果输出

以我公司购置的国产大疆经纬M300RTK型无人机为例。可运用ContextCapture(简称：CC(Smart3D))建模软件达到空中三角测量解算的目的，结合无人机具体飞行轨迹与像控点设置状况，整理好航测照片数据后，可通过CC(Smart3D)软件运行：导入(照片、POS数据、相机参数)→提交空三运算→刺点→重复空三运算(三遍)、刺点(二遍)→检查→出模→数据检查。通过获得各种数据格式的三维网格模型及DOM或DSM,构建倾斜三维模型融入照片便得到实景三维模型，极大地促进采矿作业精细化管理。

4.3 调查露天矿山周边地质状况

矿山生产建设会在一定程度上改变地质环境，引起地表塌陷、地裂缝等地质灾害。过去，在开展矿山地质灾害调查工作的过程中，通常运用人工实地调查的方式，通过航片、卫片进行辅证，其中，人工实地调查存在周期长、效率低、成本高等不足；航片与卫片存在分辨率低、投影偏差等缺陷，无法满足时效性强的项目。通过对无人机测绘技术的运用，能够实时生成正射影像图，进而准确、生动、直观的调查矿山周边地质灾害情况，全面查找安全隐患，及时对其进行预警、消除及改善，促进安全生产。

4.4 露天矿山方量变化及计算

利用多期无人机测绘生成的DOM或DSM数据信息，结合南方CASS9.1软件DTM法对开采方量进行计算，主要原理为：三角网基本单元核心构成不规则三角形三个顶点的三维坐标，由最初三角网中全部三角形三个顶点沿着竖直的方向，向下将三条直线引出，直至开采后的地表面的三角网交汇在一起，如此，便将诸多三棱柱形成，这时整个区域的土石方就是各三菱柱体积之和。和传统方量计算方式相比，通过点间距设置较真实的将矿山方量变化展现出来，准确计算开采工程量，应用于采矿成本核算及矿山储量变化计算。

4.5 露天矿山地形图绘制及精度分析

对露天矿山地形图进行绘制的过程中，过去在采集数据的时候，主要采用的是全野外人工的方式，这种方式效率低、成本高，并且会受到人为操作的影响及地形条件的限制，导致测量难度提高，部分地形失真，失真的地形会对生产、规划设计等造成安全隐患，亦或是工作量统计缺失[4]。

由于无人机倾斜摄影测量技术的三维模型精度较高，符合1∶500大比例尺地形图测量内业规范要求。测量范围则可以在航线设计方面迅速地进行调整，覆盖可控作业范围；内业处理可结合不同软件，主要为CC(Smart3D)+ArcGis或TerraSolid,CC(Smart3D)+EPS来完成，通过软件平台模块实时加载实景三维模型和正射影像数据，利用二三维联动测图一体化模式进行采集和更新数据；最后通过内外业调绘、补测及修正编辑处理，进而获取到dwg格式地形图。精度评定则通过X,Y和高程中误差来检测实景三维模型和线划图的产品质量。为检测实际误差精度，在采场排土场使用大疆经纬M300RTK型无人机采集数据，航高设置为100m,220m分别作业，用RTK布设像控点的同时，埋设直角形标志的三个点施测后作为检查点，二架次两者坐标对比如表1所示(数据为内部1954北京坐标系、1985国家高程基准)[5]。

经计算检测点位中误差分别是平面位置4.27cm/5.48cm、高程2.9cm/5.3cm,后次由于分辨率较差影响点位精度，实际作业时通过提高模型分辨率完全能够绘制符合精度要求的1∶500地形图。

4.6 其他方面的运用

在矿山行洪能力中，矿山汇水面积是重要指标参数之一，可以借助无人机测绘技术将矿山各区块汇水面积迅速获得，利用相应计算对矿山行洪能力进行检核，在露天矿山防洪中所发挥的作用极为显著，清查违建。在露天矿山开发和生产过程中，偶尔会遇到已经在展开征地赔偿的时候，当地某些居民仍进行人工设施修建，进行植物抢种、补种等，借助无人机在固定的时间段把相应地区高分辨率正射影像图生成，第一时间了解前后变化状况，同时采取有效手段解决；通过对无人机测绘技术生成的点云数据进行利用，可以针对各个时期的点云数据，开展建档工作，为今后的使用提供方便，同时借助矿山点云数据，可以展开3D设计，确保复垦设计、矿山设计使用的全面性以及合理性。

5、结语

无人机技术在我国得到了迅猛发展，而立足于该技术得以发展的无人机测绘技术，为矿山开采工作的高效开展提供了极大的帮助，可以有效防止传统矿山测绘工作中各种问题的出现，促进测绘工作质量、效率显著提升。所以，为了深挖无人机测绘技术的潜质，应加大对此项技术的推广力度，特别要加快国产建模软件开发利用；同时结合测绘行业现状多方位分析，加强技术人员培训，促进无人机测绘技术水平提高，推动此项技术朝着智能化和自动化方向发展，以坚实的基础助推矿山测绘工作良好开展。

参考文献:

[1]兰舜涯.露天矿山测绘中无人机航测的应用研讨[J].中国金属通报,2020(11):161-162.

[2]李森,张斌.无人机航测在露天矿山测绘中的应用[J].石化技术,2020,27(9):117-118.

[3]祁金宝.无人机摄影测量技术在露天矿山中的应用[J].冶金管理,2020(5):139,141.

[4]蔡旭.矿山储量动态监测中无人机摄影测量技术应用研究[J].山西建筑,2021,47(2):167-168.

[5]李淑军.无人机三维倾斜摄影技术在露天矿山监测中的实践与探索[J].世界有色金属,2019(7):194,196.

文章来源：王槐仁.露天矿山无人机倾斜摄影测量技术应用策略探析[J].山西建筑,2021,47(24):147-149.