黃 洋，晏 迪

在礦山工程當中，針對各類施工地質(zhì)條件、地理坐標等參數(shù)的測量是開展各項礦山工程項目的基礎(chǔ)。當前，該領(lǐng)域研究人員逐漸將如何實現(xiàn)礦山工程的快速、高精度測量作為研究的主要方向。隨著當前現(xiàn)代無人機技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了對無人機航測技術(shù)的推動，同時也擴大了在礦山領(lǐng)域當中的應(yīng)用范圍。在實際應(yīng)用中，該技術(shù)由于具備低成本、高精度等優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于各類工程測量當中，但目前針對礦山領(lǐng)域當中工程測量應(yīng)用及相關(guān)研究較少?；诖耍疚尼槍Ξ斍皞鹘y(tǒng)礦山工程測量方法在實際應(yīng)用中存在的精度低，無法為工程實施提供準確數(shù)據(jù)依據(jù)的問題，引入無人機航測技術(shù)，開展下述相關(guān)研究。

1 基于無人機航測技術(shù)的礦山工程測量方法設(shè)計

1.1 確定無人機計劃航線

在利用無人機航測技術(shù)實現(xiàn)對礦山工程各項參數(shù)的測量時，為了確保獲取到的影響符合后續(xù)使用要求，需要在保障無人機飛行次數(shù)盡可能低的條件下完成飛行任務(wù)。因此，在無人機飛行前，首先需要確定無人機計劃航線，對其飛行路徑進行布設(shè)。根據(jù)實際礦山工程所在位置的工況條件，結(jié)合區(qū)域地形地貌、天氣變化以及無人機攝像頭分辨率等因素，對航線進行設(shè)計。一般情況下，測量區(qū)域應(yīng)當構(gòu)成一個較為規(guī)則的形狀，并且無人機的飛行航向應(yīng)當盡可能朝向一個方向。根據(jù)實際礦山工程施工條件，可采用單鏡頭無人機完成航測，并且航向始終保持為“井”字形。由于無人機在飛行的過程中，為了確保測量精度，其飛行高度通常是保持不變的，因此應(yīng)當在滿足精度的條件下，盡可能地提高飛行的高度，避免其在飛行的過程中受到地面障礙物的影響，保障飛行安全。

根據(jù)無人機航高、測量樣本采集間隔、攝像頭焦距、像元尺寸，計算出無人機航高的最佳范圍，還需要針對航線大致覆蓋范圍進行明確。針對無人機的航線設(shè)計，需要在綜合考慮無人機航測的精確數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上開展。以無人機航測技術(shù)中常見的航攝比例為1：6000，像幅為0.25m×0.25m 為例，在其各項條件均達到理想狀態(tài)時，其覆蓋面積應(yīng)為6000×0.25，進一步得出半張像片的有效覆蓋面積應(yīng)為（6000×0.25-90）/2，其中90 是指在航測過程中其工作邊線距離與航測像片邊界的實際距離。根據(jù)上述論述思路，可實現(xiàn)對不同型號無人機航測航線覆蓋范圍的確定。上述無人機計劃航線的高度和覆蓋范圍都是在理想狀態(tài)下得出，但在實際情況中，由于受到地理條件和周圍環(huán)境的影響，無法達到理想航測狀態(tài)。因此，在確定航線的高度以及覆蓋范圍時，應(yīng)當結(jié)合實地，在明確實地和環(huán)境條件后，才能夠得到準確的無人接計劃航線。在這一過程中，首先確定無人機航測需要完成的任務(wù)區(qū)域，并確定該區(qū)域范圍內(nèi)的定性信息以及潛在威脅源的具體分布。其次，引入電子地圖技術(shù)，通過其計算機圖形繪制功能和地理信息查詢功能實現(xiàn)對任務(wù)區(qū)域內(nèi)具體地形圖像的展示。結(jié)合數(shù)字地圖，對初步設(shè)計的航線進行模擬，根據(jù)顯示的飛行過程中可能出現(xiàn)障礙的數(shù)據(jù)進行匯總，并結(jié)合數(shù)據(jù)對航線進行調(diào)整。當前常見的數(shù)字地圖格式分為兩種，一種為光柵位圖，一種為矢量圖。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)無人機計劃航線的不同需要對其進行選擇。在實際飛行之前，所有級別上的規(guī)劃都需要通過計算機技術(shù)進行運算，并通過多次長時間的完善得出最佳的無人機航測路線。當前，最常見的一種規(guī)劃算法是啟發(fā)式算法，在具體應(yīng)用中主要時通過縮小無人機航測范圍的方式，將航向規(guī)劃進行簡化處理，通過問題啟發(fā)對搜索信息進行引導，以此計算得出最佳的無人機航測航線。

1.2 礦山工程航測外業(yè)布置

完成上述相關(guān)工作后，需要進行礦山工程航測外業(yè)現(xiàn)場的布置工作。在布置時，結(jié)合上述數(shù)字地圖給出的精準的地理坐標位置，將無人機計劃航線數(shù)據(jù)帶入到數(shù)字地圖當中，以此確定航線在礦山工程測量當中的具體位置。再次基礎(chǔ)上，通過比較判斷，找出適合設(shè)置控制點的位置號，并在數(shù)字地圖當中將控制點布局結(jié)果字段進行顯示。通過這種對像控點的布置方式能夠不必等待無人機得到飛行數(shù)據(jù)后再進行操作，以此能夠提高礦上工程航測外業(yè)的布置效率。同時，將得到的像控點布置數(shù)據(jù)信息上傳到互聯(lián)網(wǎng)當中，幫助礦山工程各個參與方能夠在第一時間獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，從而避免后續(xù)測量計劃制定時出現(xiàn)重疊問題，影響工程進度。但在實際應(yīng)用中，這種布置方式也存在嚴重弊端問題，若通過無人機航測技術(shù)得到的圖像不均勻或部分區(qū)域內(nèi)無法得到較強圖像，則需要根據(jù)以往礦上工程測量經(jīng)驗對像控點進行布設(shè)，這種情況下像控點位置可能會存在偏差，因此有必要結(jié)合GPS 裝置對像控點定位精度進行提升，從而減小后續(xù)測量誤差。在具體布設(shè)的過程中，明確此環(huán)節(jié)是外業(yè)的主要環(huán)節(jié)，通過合理地布置外業(yè)像控點，不僅可以提高獲取圖像畫質(zhì)的均勻性，也可以在一定程度上提升畫面的紋理清晰度。在此方面工作中，可使用標靶板或在作業(yè)現(xiàn)場撒上水泥灰，確?？攸c地勢平緩、水平位置無顯著高度差后，即可完成對像控點的布置。在此基礎(chǔ)上，引進GPS 定位技術(shù)，對接測點與通信基站，按照坐標的實時轉(zhuǎn)換方法，得到標準的像控點坐標。完成坐標點的定位后，選擇一個任意點作為固定點，將坐標進行旋轉(zhuǎn)處理，使其成為一個可與測點獲取信息匹配的坐標體系。完成坐標的設(shè)計后，對接通信設(shè)備即可實現(xiàn)對測點信息的獲取，在此基礎(chǔ)上，使用無人機設(shè)備，對地面進行攝像，拍攝過程中，應(yīng)盡量選擇外界環(huán)境較為穩(wěn)定的天氣進行。確保風速等環(huán)境因素對測點獲取信息無影響或無干擾的條件下，在指定區(qū)域內(nèi)架設(shè)航拍設(shè)備，結(jié)合任務(wù)需求設(shè)定設(shè)備的參數(shù)，包括飛行高度、傾斜角度等，以此種方式，確保無人機可以按照預設(shè)的線路飛行，保證獲取的信息符合礦山工程測量作業(yè)需求。完成信息獲取后，對應(yīng)的信息將通過實時傳輸?shù)姆绞?，反饋給地面。

1.3 原始影像處理與平面控制測量

在完成上述對礦山工程航測外業(yè)的布置后，針對無人機采集到的原始影像，還需要對其進行處理，并結(jié)合POS 數(shù)據(jù)檢查對圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行檢驗，以此判斷其精度是否滿足測量需要。檢查的內(nèi)容主要包括：影像重疊度、是否存在陰影、是否有大范圍反光等。在處理時，需要對原始圖像進行分類，大致劃分為傾斜影像和垂直影響兩種，并按照影像數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的格式進行存儲。其次為了使影像能夠更好地應(yīng)用到礦山工程測量當中，需要對影像的亮度和反差參數(shù)進行調(diào)整，確保影像亮度、飽和度等統(tǒng)一，最終將處理好的影像提交，并完成平面控制測量任務(wù)。圖1 為原始影像處理與平面控制測量流程示意圖。

圖1 原始影像處理與平面控制測量流程示意圖

根據(jù)圖1 流程完成對原始影像的處理和對平面控制測量，除此之外由于無人機航測技術(shù)的應(yīng)用中獲取到的圖像無法保證其像素的精度，可能存在模擬圖像產(chǎn)生，影響后續(xù)控制測量。因此，針對這一問題，完成上述操作后，還需要通過計算原始影像中特性像素數(shù)量與圖像總像素數(shù)量的比值，判斷原始影像是否存在模糊圖像。在判斷過程中，若得出的比值比例向，例如出現(xiàn)偏高或偏低的問題，則需要對原始影像進行均衡化處理對其進行修正，并將圖像從較窄的灰度范圍當中進行擴散。通過上述方式，能夠時原本存在模糊圖像問題的原始影像像素灰度映射變換，并而時圖像當中的灰度密度能夠均勻分布，以此確保圖像的利用價值提升。在進行平面控制測量時，還會由于原始影像總的噪聲影響，使得圖像的清晰程度無法滿足平面控制測量的精度需要。因此，針對這一問題，還需要通過對上述處理完畢的圖像進行反距離加權(quán)的方式，實現(xiàn)對其去噪處理。為了達到提升圖像細節(jié)部分清晰度的效果，針對其整體進行噪聲篩選。在去噪處理時，可人為在圖像當中任何一個需要進行檢查的像素點都會受到周圍相鄰像素點的影響。因此，基于這一特點，明確待檢測的像素點受到近點的影響程度會大于受到遠點的影響程度。按照這一規(guī)律，對圖像當中像素點進行掃描，并直到完成對所有節(jié)點的處理后，認為此時在圖像當中不存在噪聲問題，可進行后續(xù)的平面控制測量任務(wù)。由于一般礦山領(lǐng)域當中的工程地形結(jié)構(gòu)十分復雜，因此通過無人機航測技術(shù)的應(yīng)用可以針對人員和儀器無法到達的區(qū)域進行測量，在測量過程中，以無人機獲取到的影像作為基礎(chǔ)，采用聯(lián)合法將影像當中方位角導線與解析幾何相結(jié)合，利用教會法通過其他已知控制點實現(xiàn)對測量對象具體坐標參數(shù)的測定。在完成上述所有操作后，為了確保測量結(jié)果的精度進一步提升，還需要完成對測量工作的檢查和驗收。在檢查的過程中發(fā)現(xiàn)錯誤，則需要對測量進行修正處理。

2 實例應(yīng)用分析

結(jié)合本文上述內(nèi)容，從理論方面實現(xiàn)了針對礦山工程新測量方法的設(shè)計，為了進一步驗證該方法在實際工程項目當中的應(yīng)用優(yōu)勢，選擇以某地區(qū)正在開展的礦山工程作為依托。針對該礦山工程項目，引入本文提出的結(jié)合無人機航測技術(shù)的測量方法，通過對應(yīng)用效果分析的方式，實現(xiàn)對本文測量方法的應(yīng)用可行性驗證。已知該礦山工程項目位于某村莊附近的鐵礦區(qū)航攝區(qū)域當中，該區(qū)域總面積為0.08km2，研究區(qū)域內(nèi)的土壤層較薄，并且大部分以裸巖和碎石結(jié)構(gòu)為主，同時還有大面積的積水區(qū)域。針對該研究區(qū)域，利用本文提出的測量方法對其進行影像數(shù)據(jù)采集，分別選擇五個不同的像控點，表1 為五個像控點實測坐標對應(yīng)數(shù)值。

表1 五個像控點實測坐標對應(yīng)數(shù)值

在表1 中數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為了驗證本文測量方法的應(yīng)用效果，選擇將測量精度作為評價指標，利用本文提出的測量方法對上述五個測控點的坐標位置進行測量，并分別測量結(jié)果三個坐標軸上數(shù)據(jù)與實測坐標數(shù)據(jù)之間的差值，將得出的結(jié)果記錄如表2 所示。

表2 水文測量方法測量結(jié)果與實測坐標數(shù)據(jù)對比結(jié)果

通過表2 中數(shù)據(jù)進一步得出，利用本文測量方法得到的測量結(jié)果中，其各個坐標軸上的數(shù)據(jù)與實測坐標數(shù)據(jù)相差均小于1.50mm，滿足礦山工程對測量精度提出的誤差小于2.00mm 的應(yīng)用需要。同時，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用上述提出的測量方法在具體礦山工程環(huán)境當中，測量的精度不會受到測控點上地質(zhì)條件以及環(huán)境因素的影響，得出的坐標數(shù)據(jù)具有更高的精度，利用價值進一步提升。通過該測量方法的合理應(yīng)用，在具備更合理航線規(guī)劃方案的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)對礦上工程測量全局分析和局部重點分析，促進礦山工程測量結(jié)果的進一步豐富，為后續(xù)礦山工程項目設(shè)計以及實際開展提供有力數(shù)據(jù)依據(jù)。因此，通過上述實例應(yīng)用的方式證明，本文在引入無人機航測技術(shù)后，能夠進一步提高測量方法的測量精度，為礦山工程施工提供更加準確的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)礦山數(shù)據(jù)資源的高效利用。

3 結(jié)語

通過本文上述研究，在結(jié)合無人機航測技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種全新的工程測量方法，并通過實例應(yīng)用的方式證明了該測量方法的實際應(yīng)用效果。但由于研究能力有限，在對測量方法設(shè)計過程中，未考慮到無人機飛行高度對測量精度的影響問題，針對這一問題還有待進一步的驗證和研究，從而不斷提高本文測量方法的應(yīng)用優(yōu)勢。同時，在本文研究過程中得出，針對不確定環(huán)境當中的無人機航測計劃航線的設(shè)計將是未來無人機航測技術(shù)應(yīng)用的重點，因此針對這一問題，本文也將進行更加深入的研究，從而進一步促進該項技術(shù)在礦上工程領(lǐng)域當中的應(yīng)用適應(yīng)性。