趙春祥

青海省地質(zhì)測繪地理信息院（青海省高原測繪地理信息新技術(shù)重點實驗室） 青海 西寧 810012

引言

結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害勘察實際可知，傳統(tǒng)的礦區(qū)勘察存在效率低下、測量精準(zhǔn)程度不夠的問題，這與礦區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境具有較大關(guān)系。現(xiàn)代工程測繪體系下，無人機遙感技術(shù)在煤礦地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中也得到了廣泛應(yīng)用，有效地提升了礦區(qū)測量的效率和質(zhì)量，滿足了新時期工程監(jiān)測的實際需要。

1 無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成及使用優(yōu)勢

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

作為現(xiàn)代工程測繪的重要方式，無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)在工程監(jiān)測測量中具有廣泛應(yīng)用。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，外業(yè)空間信息采集系統(tǒng)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)的兩個基本單元。其中外業(yè)空間信息采集系統(tǒng)的構(gòu)成要素較多，其不僅包含導(dǎo)航設(shè)備、飛行平臺，而且涉及地面站、遙控設(shè)備，此外數(shù)據(jù)接收和傳感器等都是其重要的組成部分；在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)應(yīng)用中，除影像畸變糾正、自動空中三角測量外，數(shù)字立體測圖也起到至關(guān)重要的作用。在內(nèi)外業(yè)協(xié)同作用下，無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)能準(zhǔn)確獲取地物資料信息，按設(shè)計的數(shù)據(jù)處理程序處理這些地物資料信息，能準(zhǔn)確地獲取DOM、DEM、DLG和DSM等成果，有效地保證了工程測量的高效性、及時相關(guān)和準(zhǔn)確性[1]。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢

現(xiàn)階段，無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)在工程測量中得到了廣泛應(yīng)用，結(jié)合煤礦地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查實際可知，該系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢表現(xiàn)為：一方面，無人機遙感測繪技術(shù)將無人機作為技術(shù)載體，通過高清攝像機等傳感設(shè)備的應(yīng)用，有效地實現(xiàn)了地物對象的大范圍、高效率測量，有效地提升了礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的效率。另一方面，相比傳統(tǒng)的人工測量手段，無人機遙感測繪技術(shù)還具有技術(shù)成本低的特征，這是因為采用無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)開展工程測量時，所需要投入的人員較少，測量過程簡便且測量時間較短，這有效地減少了工程策略中的資源損耗，具有測量過程投入成本低的優(yōu)勢特征。其三，靈活性強、測量精度高等也是無人機遙感測繪技術(shù)應(yīng)有的主要優(yōu)勢所在，即在實際測量中，出無人機安裝、操作簡潔性外，測繪人員可結(jié)合實際需要進(jìn)行無人機提升和下降操作，確保了工程測量的靈活性。另外在GPS定位技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、無人駕駛技術(shù)支撐下，經(jīng)高精度傳感攝像機獲取地物資料后，工作人員還能在地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的支撐下進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、分析和利用，這減少了人為因素對數(shù)據(jù)處理的干擾，確保了測量結(jié)果的整體精度[2]。

2 煤礦地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中無人機遙感測繪技術(shù)應(yīng)用技術(shù)要求

2.1 測量布網(wǎng)

基于無人機遙感測繪技術(shù)實施礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查時，先應(yīng)規(guī)范化的開陣測量布網(wǎng)工作，為外業(yè)數(shù)據(jù)的獲取奠定良好基礎(chǔ)。其一，在航線設(shè)計初期階段，現(xiàn)需要目測飛行場地，并規(guī)范化的開展實地 踏勘，以此來確定具體的測量地點、范圍，明確礦區(qū)無人機起飛、降落的具體區(qū)域。其二，合理布設(shè)像控點對于提升項目測量精度具有深刻影響。實際測中，應(yīng)在RTK技術(shù)、GPS技術(shù)的支撐下，進(jìn)行像控點的系統(tǒng)布設(shè)，該環(huán)節(jié)中，應(yīng)通過多次校核來保證像控點的精準(zhǔn)性；就像控點所在位置而言，其不僅需要滿足易于測量、易于引測的要求，而且需符合不易破壞的規(guī)范，此外像控點的數(shù)量需根據(jù)測區(qū)的范圍進(jìn)行實際測量。如在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害處理中，若礦區(qū)測繪的范圍較小，這布置4個像控點即可。其三，在測量基站選擇中，應(yīng)采用三腳架實施對中觀測，測量次數(shù)需不少于3次，然后取平均朱作為基站坐標(biāo)值。在檢測點布置中，應(yīng)在測區(qū)的四周和中心設(shè)置檢測點，要求檢測點具有代表性，能準(zhǔn)確地反映地質(zhì)災(zāi)害影響下的礦區(qū)地形起伏狀況，為確保檢測點的醒目性，還需通過白灰在檢測點位置設(shè)置矩形十字。其四，在現(xiàn)代工程測量體系下，確保煤礦地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作的有序開展，在測量布網(wǎng)階段，還需在信息技術(shù)的支撐，構(gòu)建工程測量三維模型，然后將基準(zhǔn)點坐標(biāo)錄入其中，為后期的測繪奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 航線確定及航測參數(shù)確定

無人機遙感測繪實踐中，航線及航測參數(shù)對于整體測量效率與精準(zhǔn)程度具有深刻影響。在航線設(shè)置中，需確保按照航線測量后，所測數(shù)據(jù)覆蓋測區(qū)任務(wù)需要?；谶@一要求，在航線設(shè)置中，應(yīng)重視航測參數(shù)的系統(tǒng)控制；除航攝分辨率、重疊度外，航攝高度都是航線參數(shù)控制的重要內(nèi)容。首先當(dāng)無人機同向飛行航測時，要求同向的重合率保持在60%以上，而無人機旁向重合率需控制在30%。其次在航測過程中，還應(yīng)做好航測高度和速度的控制。如基于無人機遙感測繪技術(shù)實施傾斜測量時，要求無人機的飛行高度超過180m，且在無人機飛行速度控制中，應(yīng)保證其飛行速度控制在6～8m/s，確定飛行速度后勻速行駛，以保證測量準(zhǔn)確率[3]。

2.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)考慮數(shù)據(jù)的完整性、精準(zhǔn)度和重復(fù)性，同時應(yīng)及時的剔除錯誤的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在數(shù)據(jù)不完整問題時，需進(jìn)行補測處理，隨后將測量的信息數(shù)據(jù)錄入到計算機系統(tǒng)中，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理奠定良好基礎(chǔ)。信息數(shù)據(jù)處理中，處理軟件的選擇和應(yīng)用對于后期處理效果具有深刻影響。對此應(yīng)結(jié)合而測量數(shù)據(jù)的格式、精度需要，系統(tǒng)化地選擇測量軟件。通常礦山地質(zhì)災(zāi)害測量數(shù)據(jù)處理中，常見的數(shù)據(jù)處理軟件不僅包含ArcGIS軟件、CAD軟件，而且涉及CASS軟件，應(yīng)合理使用這些軟件，進(jìn)行測量圖像、影像數(shù)據(jù)的處理。在數(shù)據(jù)處理中，應(yīng)盡可能地使用數(shù)值化的軟件來體系相關(guān)信息的數(shù)字坐標(biāo)，并完成相關(guān)數(shù)據(jù)的平差處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。譬如在航拍照片數(shù)據(jù)處理中，可通過PhotoScan數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。就導(dǎo)入的影像數(shù)據(jù)本身而言，其具有一定的重疊率，通過對這些數(shù)碼影像的處理，可重建高質(zhì)量的正射影像模型。相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過程和結(jié)果，基于PhotoScan等信息化處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理具有全自動化的特點，從處理過程來看，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)信息化處理主要是在基站點坐標(biāo)的支撐下進(jìn)行絕對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，隨后經(jīng)過照片對齊、自動像點匹配、不合格點剔除、照片深度匹配等環(huán)節(jié)的控制，建立了具有較高密集度的點云，最后通過網(wǎng)格生成和紋理生成控制，形成了具有較高精度的正射影像、地形模型和高程模型，這對于后期等高線編輯、地物繪制和地形圖生產(chǎn)創(chuàng)造力有利條件。

2.4 測量數(shù)據(jù)存儲

開展煤礦地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的目的為后期礦區(qū)災(zāi)害防護(hù)和生態(tài)恢復(fù)創(chuàng)造有利條件；對此在完成礦區(qū)測量及數(shù)據(jù)處理后，還應(yīng)重視相關(guān)數(shù)據(jù)的有效存儲和開發(fā)利用。結(jié)合煤礦地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)測量應(yīng)用實際可知，部分礦區(qū)的地質(zhì)情況變化較為負(fù)載，這是其相關(guān)的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)處理動態(tài)變化狀態(tài)，如形變量數(shù)據(jù)、位移數(shù)據(jù)等，對此在數(shù)據(jù)存儲中，還應(yīng)做好上一段時間內(nèi)測量數(shù)據(jù)信息的有效存儲，以此來為后期數(shù)據(jù)對比分析提供保證。從數(shù)據(jù)存儲過程來看，除做好測量數(shù)據(jù)信息關(guān)鍵詞標(biāo)記外，還需結(jié)合相應(yīng)的時間節(jié)點、數(shù)據(jù)節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，此外應(yīng)重視相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的有效建設(shè)，滿足數(shù)據(jù)存儲及后期應(yīng)用的實際需要。值得注意的是，煤礦地質(zhì)災(zāi)害測量數(shù)據(jù)對于礦區(qū)后期生產(chǎn)具有深刻影響，對此在數(shù)據(jù)存儲階段，還應(yīng)重視網(wǎng)絡(luò)安全管理，確保存儲數(shù)據(jù)的安全性。

2.5 數(shù)據(jù)后續(xù)的挖掘應(yīng)用

科學(xué)合理地使用礦山地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，能為礦區(qū)后期災(zāi)害防治提供有效支撐。在存儲數(shù)據(jù)深層次挖掘中，應(yīng)重視ArcGIS、PhotoScan等軟件的系統(tǒng)應(yīng)用，要求在這些數(shù)字化處理軟件的支撐下，生成具有較高真實度的三維影像數(shù)模型，在此模型上，不僅能準(zhǔn)確的觀察煤礦崩塌區(qū)、潛在崩塌區(qū)的實際情況，而且能實現(xiàn)滑坡區(qū)、潛在滑坡區(qū)的有效分析，此外還應(yīng)借助該模型對煤礦泥石流區(qū)、地表裂縫、地面塌陷等區(qū)域進(jìn)行有效分析，以此實現(xiàn)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的有效預(yù)防。另外深層次挖掘礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防的同時，還應(yīng)重視這些數(shù)據(jù)在礦區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用，如結(jié)合前期地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)繼續(xù)趨勢分析基層上，可系統(tǒng)化地設(shè)計礦區(qū)交通圖、功能分區(qū)圖，這樣才能形成全新地圖，對于礦區(qū)后期生產(chǎn)、地質(zhì)災(zāi)害管理和生態(tài)保護(hù)具有積極作用。

3 無人機遙感測繪技術(shù)在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的具體應(yīng)用

礦區(qū)開采時間較久，礦區(qū)采空區(qū)面積較大，在當(dāng)前生產(chǎn)中，采空區(qū)容易出現(xiàn)陷落、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，會嚴(yán)重地影響礦區(qū)的生產(chǎn)安全與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。為方便后續(xù)生產(chǎn)，對采空區(qū)進(jìn)行了無人機現(xiàn)場航拍測繪，并通過遙感解譯完成了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對比之前的人工測量，無人機遙感測繪可以有效地提升礦區(qū)的測量效率和質(zhì)量。

3.1 無人機遙感測繪技術(shù)應(yīng)用

人工測量的數(shù)據(jù)相對較少，且數(shù)據(jù)有限。無人機現(xiàn)場航拍測繪工程中，容易得到近千組測量數(shù)據(jù)，且測量數(shù)據(jù)的精度、識別度均較高，滿足了礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害測量的實際需要。從具體測量過程來看，礦區(qū)工作人員先規(guī)范化的選擇無人機遙感測量系統(tǒng)裝置，確保所選測量裝置的導(dǎo)航設(shè)備、飛行平臺，而且涉及地面站、遙控設(shè)備、數(shù)據(jù)接收和傳感器滿足DOM、DEM、DLG和DSM數(shù)據(jù)獲取需要。測量操作中，按照測量布網(wǎng)、航線確定、航測參數(shù)設(shè)置、獲取影像數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用的流程進(jìn)行操作，尤其是實在數(shù)據(jù)分析處理及挖掘中，深化現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用，為礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測和后期規(guī)劃處理創(chuàng)造了良好條件。通過無人機遙感測量技術(shù)應(yīng)用，礦區(qū)外業(yè)測量時間大大縮短，在測量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度方面，5cm以上的裂縫識別率與準(zhǔn)確率超過了95%，地物地貌平面位置平均誤差和地表高程誤差保持在3cm以內(nèi)。

4 基于礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測實際的無人機遙感測繪技術(shù)應(yīng)用建議

新時期，無人機遙感測繪技術(shù)在工程項目中的應(yīng)用逐漸增多，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測實際可知，要進(jìn)一步提升無人機遙感測繪技術(shù)應(yīng)用水平，還應(yīng)注重以下要點控制：其一，在航測系統(tǒng)應(yīng)用中，應(yīng)做好無人機遙感監(jiān)測設(shè)備的養(yǎng)護(hù)管理，盡可能延長設(shè)備使用壽命，確保設(shè)備使用精準(zhǔn)程度。其二，要提升無人機遙感測繪技術(shù)應(yīng)用水平，還需要進(jìn)行像控電測過程的優(yōu)化，一方面，應(yīng)進(jìn)一步明確監(jiān)測活動的可控范圍，另一方面，應(yīng)做好像控點測量的優(yōu)化處理，從源頭上保證測量的精準(zhǔn)程度。其三，基于無人機遙感測繪技術(shù)進(jìn)行區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測時會獲得大量數(shù)據(jù)，故而應(yīng)注重數(shù)據(jù)庫的有效建設(shè)，對所有采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

5 結(jié)束語

基于無人機遙感測量技術(shù)開展礦區(qū)監(jiān)測，能準(zhǔn)確掌握煤礦地質(zhì)災(zāi)害情況，為礦區(qū)后期生產(chǎn)管理提供指導(dǎo)。新時期，礦區(qū)工作者只有深刻認(rèn)識到無人機遙感測量的原理和優(yōu)勢，深化其在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用，并結(jié)合礦區(qū)生產(chǎn)實際，實施監(jiān)測過程各環(huán)節(jié)的要點管理，才能有效提升無人機遙感測量技術(shù)應(yīng)用水平，保證礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測效率和精準(zhǔn)程度，促進(jìn)礦區(qū)生產(chǎn)管理、地質(zhì)災(zāi)害防治和生態(tài)治理工作的有序開展。