阮華萱

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊(duì)，貴州 六盤水 553004）

通過對我國礦山的地理位置、地形、資源及其綜合利用管理情況和資源開采環(huán)境影響等信息進(jìn)行實(shí)地地質(zhì)勘查和地理測量，以準(zhǔn)確獲取礦山相關(guān)資源數(shù)據(jù)基本信息和利用資源數(shù)據(jù)是我國礦山地理測繪的主要研究目的，其重要意義不僅在于全面準(zhǔn)確掌握我國礦山利用資源的基本狀態(tài)信息、利用管理情況、開采質(zhì)量影響、環(huán)境影響等，以此方式實(shí)現(xiàn)對大型礦山礦產(chǎn)資源的合理配置和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

1 無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)是用于搭載無人測量機(jī)在儀器的一種平臺，也就是需要滿足所有的搭載無人測量機(jī)在儀器的各種技術(shù)參數(shù)測量指標(biāo)上的要求。主要技術(shù)體現(xiàn)在無人機(jī)的空間姿態(tài)定位控制與瞬時精確定位控制技術(shù)兩個方面，無人機(jī)空間姿態(tài)定位控制系統(tǒng)同時獲取了描述測量瞬時攝影無人機(jī)的機(jī)體航行橫偏角、俯仰角和飛機(jī)滾動旋轉(zhuǎn)角，其與同時描述焦點(diǎn)像片測量空間儀器姿態(tài)的攝像角度等元素之間，存在著相對應(yīng)定位關(guān)系。

2 無人機(jī)攝影測量技術(shù)的項(xiàng)目意義

許多礦山的地理位置不佳，通常處于深溝險壑之中，且礦山分布較為零散，不成片。礦區(qū)環(huán)境惡劣，自然條件較差，使得對礦區(qū)的監(jiān)測十分困難，采用傳統(tǒng)手段進(jìn)行監(jiān)測比較艱難，且監(jiān)測的時間比較久，隨著不斷地開采使得對礦山儲量動態(tài)監(jiān)測更加困難。為了適應(yīng)新時期下礦山儲量動態(tài)監(jiān)測要求，無人機(jī)攝影技術(shù)開始被使用。無人機(jī)輕巧靈動的特性能夠最大程度地突破地形限制，對礦山進(jìn)行全方位拍攝測量，極大地降低了人力成本。

3 露天礦山小型無人機(jī)航測存在的問題

（1）儲能電池組的續(xù)航力和性能出現(xiàn)問題.由于小型無人機(jī)的機(jī)身體積及承重負(fù)載能力有限，難以同時攜帶多塊容量電池，且目前電池的續(xù)航使用性能一般，如鋰離子聚合物容量電池，只能維持在1h左右，對于占地面積在10km以上的大型工業(yè)礦山而言，難以實(shí)現(xiàn)一次安全且有覆蓋性的礦山航測管理工作。

（2）測量的精度控制出現(xiàn)問題。露天礦山進(jìn)行測量期間，影響小型無人機(jī)獲取航測影像精度的因素相對較多，主要與相機(jī)獲取遙測影像的環(huán)境清晰度、傳感器的元件類型、監(jiān)控點(diǎn)位的布置等因素有關(guān)。露天的采礦區(qū)由于開采工作區(qū)域的地理環(huán)境條件復(fù)雜多變，導(dǎo)致采礦控制點(diǎn)的管理布設(shè)，往往存在一定的難度，且受室外環(huán)境及采礦車輛的干擾，一定程度上，還會導(dǎo)致實(shí)時獲取的圖像及數(shù)據(jù)信息的處理精度不高，對于后期的采礦儲量管理計算及采礦生產(chǎn)設(shè)備調(diào)度等工作有不利影響。

（3）系統(tǒng)測量處理數(shù)據(jù)時的處理能力問題。目前，無人機(jī)專用航測處理平臺多樣，均需要配套的基礎(chǔ)專用航測軟件和基礎(chǔ)硬件處理系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)專用數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)處理專用軟件的技術(shù)兼容性差，故在測量數(shù)據(jù)采集分析和處理過程中，需要同時進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的處理分類化和輸入，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)處理的前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和后期數(shù)據(jù)分析處理工作繁瑣，數(shù)據(jù)處理耗時長，專業(yè)性能的要求相對較高。

4 小型無人機(jī)露天航測的發(fā)展前景

（1）加強(qiáng)礦區(qū)資源勘查與治理規(guī)劃設(shè)計。小型無人機(jī)自動航測測量技術(shù)，不僅可對那些存在重大安全隱患的被測區(qū)域自動進(jìn)行實(shí)時測量，而且技術(shù)測量效率高、成本低。搭載一臺單反相機(jī)的小型固定翼無人機(jī)，幾個架次就已經(jīng)可以輕松完成整個礦區(qū)及其區(qū)域周邊的自然地形以及地貌生態(tài)特征的實(shí)時測繪[1]。

（2）負(fù)責(zé)礦山安全生產(chǎn)經(jīng)營計劃編制與現(xiàn)場財務(wù)管理。小型無人機(jī)實(shí)景航測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)露天礦山的全覆蓋三維實(shí)景建模，獲取整個露天礦區(qū)的物理地形全貌，及時監(jiān)測更新礦區(qū)地形地貌，此技術(shù)是煤礦生產(chǎn)經(jīng)營計劃編制和煤礦施工現(xiàn)場安全管理的重要技術(shù)理論基礎(chǔ)?？梢约皶r準(zhǔn)確地了解各個礦區(qū)的宏觀生產(chǎn)采場現(xiàn)狀，如礦區(qū)開采現(xiàn)場平臺的地理位置、范圍及占地空間變化關(guān)系等，掌握各礦區(qū)主要道路及地下排土場的占地空間分布變化關(guān)系等，亦可對礦山重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的高標(biāo)準(zhǔn)精度現(xiàn)場航測，為進(jìn)行礦山長期生產(chǎn)開采計劃編制與現(xiàn)場配礦設(shè)備合理布置設(shè)計提供堅(jiān)實(shí)依據(jù)，保證礦山生產(chǎn)計劃與短期生產(chǎn)計劃得以良好地實(shí)施。

（3）加強(qiáng)礦山生產(chǎn)安全監(jiān)管。小型無人機(jī)采用航測跟蹤技術(shù)，使得測量結(jié)果效率高、精度高、性價比高，且用戶無需多次接觸危險區(qū)域，就可以實(shí)時獲得高坡低陡邊坡邊路周邊和局部排土場周圍全域的地形地貌危險信息，遠(yuǎn)程踏勘可以分析高坡低陡邊路山坡和周圍排土場的山體開裂與滑塌危險情況，而且所有技術(shù)測量結(jié)果數(shù)據(jù)的實(shí)時可視性非常好，為科學(xué)合理地進(jìn)行研究危險對策與解決方案奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（4）加強(qiáng)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控與全封閉式礦坑保護(hù)管理。在我國礦山生產(chǎn)開發(fā)的整個生命周期，都可以廣泛應(yīng)用到無人機(jī)自動航測監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)行礦山露天作業(yè)及其基地周邊的礦山生態(tài)環(huán)境遙測監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)各種可能的礦山生態(tài)環(huán)境變化影響，從而有效制定生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策措施和解決方案。

5 小型無人機(jī)攝影測量技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用研究

（1）數(shù)據(jù)處理與質(zhì)檢分析。無人機(jī)攝影測量技術(shù)在應(yīng)用下，需要從數(shù)據(jù)信息處理以及畸變數(shù)據(jù)修正等方面，進(jìn)行綜合控制，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息處理過程中，則需要以數(shù)字加密的方式，對野外測定的高程點(diǎn)、平面點(diǎn)等方面審核以及加密處理，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的進(jìn)一步提升。在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理與控制，則利用平差計算的方式，對區(qū)域網(wǎng)平差方面進(jìn)行計算與分析。完成空間加密下，則可以通過智能匹配的方式，生成三維點(diǎn)云文件，在信息濾波處理的前提下，則可以通過數(shù)據(jù)修正、色彩平衡處理、圖廓裁切等方面進(jìn)行控制。無人機(jī)采用傾斜測量攝影機(jī)的測量礦區(qū)技術(shù)，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，航天攝影機(jī)圖像中的細(xì)節(jié)比較清晰，具有一定的影像層次感，并沒有明顯模糊、重影、錯位等現(xiàn)象情況，其整個監(jiān)測范圍幾乎可以完全覆蓋整個傾斜測量礦區(qū)，有效地反映礦山的長期實(shí)際生產(chǎn)開采工作情況。在對各個檢查點(diǎn)進(jìn)行綜合布置與測量處理中，按照均勻測點(diǎn)分布、覆蓋整個主要測量地區(qū)的技術(shù)方式，對其進(jìn)行重點(diǎn)篩選與綜合測量，在對傾斜平面與傾高程度的檢查點(diǎn)之間，進(jìn)行綜合布設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)上，利用無人機(jī)針對傾斜面和攝影機(jī)的測量，使該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用測量水平大幅提升。dom上的平面整體位置成像精度坐標(biāo)檢查工作過程中，則可以采取野外成像實(shí)測的自動方式，將每個檢查點(diǎn)的平面整體位置精度坐標(biāo)(xi，yi)數(shù)據(jù)輸入發(fā)送到計算機(jī)，并在每個dom上自動提取每個鏡像點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)，針對平面位置中的誤差，進(jìn)行計算與分析。在長期進(jìn)行天體實(shí)測中的平面坐標(biāo)與dom，地物位與特征點(diǎn)天體坐標(biāo)等的檢驗(yàn)與測量分析中，則需要針對測量誤差方面進(jìn)行檢驗(yàn)，在山地與高山地區(qū)區(qū)域按照1：1000位比例，其誤差需要控制在0.75m。

（2）測量精度不足的解決。由于內(nèi)在技術(shù)上的準(zhǔn)備以及外在自然環(huán)境地理?xiàng)l件各種因素的影響，測繪測量工作當(dāng)中存在類似盲區(qū)的各種現(xiàn)象往往是難以避免的，盲區(qū)解決方式主要包括：①可以通過在線三角圖像加密以及在線校正法等技術(shù)，對測繪影像外的地形方位高度變量結(jié)果進(jìn)行精確計算，并將圖像干擾大的因素及時提出，有效地預(yù)測存在盲區(qū)，對根據(jù)地形高度不加調(diào)整區(qū)域的導(dǎo)航測量的結(jié)果，進(jìn)行科學(xué)性的改善。②負(fù)責(zé)外業(yè)地圖調(diào)繪及現(xiàn)場補(bǔ)測。對初步測繪標(biāo)記結(jié)果顯示中的特定高程以及特定地物等不確定性的區(qū)域地點(diǎn)，進(jìn)行初步測繪標(biāo)記，或者針對復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，尤其是存在建筑物和植被遮擋的區(qū)域，必須要做好標(biāo)記工作，對其中存在的不足有效彌補(bǔ)，保證測繪精確度[2]。

（3）地面控制測量。地面攝影控制儀的測量，主要還是依賴于無人像片攝影控制進(jìn)行測量，是一種提高利用無人機(jī)高空傾斜實(shí)地攝影控制測量工作精度的有效檢測措施。在圖像監(jiān)控控制點(diǎn)的測量過程中，最重要的一環(huán)是進(jìn)行圖像監(jiān)控控制點(diǎn)的合理布置，如果布置不合理，將極大地降低數(shù)字圖像控制數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。因此，為了大大提高使用無人機(jī)地形傾斜影像攝影高度測量儀的工作效率以及在對影像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后的質(zhì)量，一般在地形高度變動幅度小的變質(zhì)區(qū)域(例如平原地區(qū)等)中就可適當(dāng)?shù)亟档瓦b控監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)測量密度，而在一些地形高度變化幅度較大的區(qū)域(例如高山地區(qū)峽谷變質(zhì)地貌)中則可適當(dāng)性地增大監(jiān)控點(diǎn)的布設(shè)測量密度。總體上，監(jiān)控地點(diǎn)的整體布設(shè)過程，應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：①進(jìn)行監(jiān)控的地點(diǎn)一般主要布設(shè)在容易識別的山形地物上和地貌上，即所有要布設(shè)的攝影和控制地點(diǎn)必須完全是唯一的，不能存在任何爭議，一般只能布設(shè)在自然地形條件變化較小的地方，諸如山頭、田角等部位；②位于測繪區(qū)域范圍以外的控點(diǎn)的目的，在于控制測量整個測繪區(qū)域；對于一個位于半條圖幅邊緣中部的圖框控線基點(diǎn)一般不應(yīng)布設(shè)在偏離圖框邊部輪廓的航線以外；③針對位于圖框航線兩側(cè)的控點(diǎn)，一般不應(yīng)布設(shè)在左右，并且偏離航線半徑不應(yīng)小于半條圖框基線長度的基點(diǎn)范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著無人機(jī)攝影測量技術(shù)的不斷優(yōu)化，在各個領(lǐng)域中起到了良好的應(yīng)用效果。在露天礦山測繪與監(jiān)測中，應(yīng)用無人機(jī)攝影測量技術(shù)，具備了傳統(tǒng)技術(shù)所無法比擬的優(yōu)勢，極大地提升了露天礦山測繪及監(jiān)測工作效率。在接下來的時間里，隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)攝影測量技術(shù)功能將會更加完善，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在露天礦山施工及其他更多領(lǐng)域的廣泛有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在露天礦山全生命周期中的應(yīng)用，滿足礦山監(jiān)測及施工等要求。