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微型无人机在矿山地质工程测绘中的应用

发表时间：2021/6/11 来源：《基层建设》2021年第6期作者：罗旭子

[导读] 摘要：矿产资源在社会生产中起到举足轻重的作用，是促进我国经济快速发展的重要基石。

        新疆焦煤（集团）有限责任公司新疆乌鲁木齐市 830025
        摘要：矿产资源在社会生产中起到举足轻重的作用，是促进我国经济快速发展的重要基石。新时期，社会生产中对于矿产资源的需求量不断增加，有必要进行矿山地质工程的动态监测管理。无人机摄影技术是一种全新化的工程测量手段，将其用于矿山地质变化情况的监测实践，能有效提升监测效率和精度，保证矿产企业高质量生产经营。基于此，本文就微型无人机在矿山地质工程测绘中的应用进行详细探究。
        关键词：微型无人机；矿山地质；工程测绘；应用
        1 引言
        在矿山开采设计与监理工作中，众多影响因素使传统的测量方法不能收集完整的信息数据。尤其在矿山地质工程中进行测量工作时，道路设施不完善，测绘工作难开展，人员无法到达一些山沟和树木茂密地方，所以测量数据误差大，测绘工作效率较低，大比例尺地形图测量难度非常大。如果使用无人机摄影技术，能够发挥倾斜摄影的全面性，消除常规摄影的局限性。通过搭载不同的荷载组件，能够实现矿山全景信息建立，充分展现矿山全貌。
        2 概述
        我国矿山资源丰富，分布广泛，但大量的开采往往导致矿区地表沉陷，进而给地面建筑物、道路等带来严重损害。因此，加强对矿区地质沉降预测，对做好矿区科学开采和保护具有现实价值和意义。而传统的地表沉陷监测通常只能得到主断面的移动规律，并借助该规律进行反演推算整个矿区的变形情况，如三角测量、GPS测量等。这种传统的方法存在很大的缺陷，存在建筑物损害，变形评估结果不准确的问题[1]。而随着测量技术的发展，无人机测量开始逐步进入人们的视野，并凭借机动灵活、测绘精度高、快速、成本低的特点，被广泛应用在测绘工程中。
        3 无人机系统组成
        无人机航测遥感技术是集成遥感、遥控、航空测量为一体的新型测绘技术，并以数据信息快速处理平台作为技术支持，对地物进行实时、快速的调查和动态监测。无人机平台是配载控制系统和传感器的飞行器，按照其机翼的形态分为两种类型：旋翼和固定翼，在当前阶段旋翼无人机比较受使用者的喜爱，因为其机身的构造特点更加便于控制其飞行姿态。按照无人机的动力系统可以分为燃料型、电动型等。其遥感系统除飞行平台以外还包括软件和硬件的组成。惯性导航和飞行控制技术是对整个无人机飞行姿态以及所配载的有关配置加以管理控制的部分，主要的组成部分包括传感器、惯导、接收机等，控制系统是整个无人机系统的核心技术，能够对无人机进行导航定位，在出现危险情况时能够使无人机自动进入着落状态并确保安全降落。小型的无人机飞行器在进行自动控制时，需通过传感器对飞行器的速度、位置、姿态反馈信息加以收集，反馈信息来自不同传感器。惯性测量模块获取姿态状态，GPS技术获取速度与位置信息，但是因为单一通过GPS技术和IMU难以达到数据高精准化，因此需要在传感器系统中加入陀螺仪和气压计，并采取数据信息融合技术，从而确保无人机飞行器能够安全、稳定地进行飞行工作[2]。
        4 微型无人机在矿山地质工程测绘中的应用
        4.1 航行规划
        航空摄影前应根据航摄区域大小、地形起伏现状以及数据成果内容和质量要求等，对航摄工作进行详细规划设计，规划设计内容一般包括飞行器及航摄仪的选择、航线、航高、地面分辨率、覆盖范围、旁向航向重叠度等。针对不同的地形及测绘内容，外业倾斜飞行方式应有相应的针对性设计。对于航摄区域较为平坦的区域，宜采用传统五镜头、井字飞行或者环绕飞行等统一航高方式飞行。对于山谷或者地形起伏较大区域应采用区域仿地或带状仿地变高飞行。高效率、灵活且安全的航线规划，是整个飞行任务的首要前提及重中之重。针对矿山地质工程测绘任务，大部分测绘区域位于山区，宜采用仿地变高方式进行航线规划及飞行，以此来解决统一航高飞行带来的精度不统一问题。

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        4.2 构建控制网
        通过构建区域控制网能够对测量测绘工作加以精细化，根据实际地测量面积构建相应范围的控制网，并且在控制网范围内设定GPS基准点，从而构建三维坐标系，通过坐标方式将区域内各个点方位信息加以表述，有助于后期对信息数据进行处理。另外需要注意的是，在此过程中需要确保路线计算和坐标点设置的准确性，避免因为设置错误问题而影响测量测绘工作整体进度。
        4.3 数据采集和处理
        在依靠先进卫星技术完成测控现场的像控点布置以及现场航测相机校验工作之后，需要利用空三加密软件对分区网数据进行平差操作。在完成三角测量工作后，利用高程数据模型产生对应的初始正射图像，依靠三角测量时的方位元素数据拟合初始正射图像得到多个同名位点，通过计算机数据整合，得到数字高程模型。而后还需经过 EPT 软件对初始正射图像做进一步的拼接处理，并使用 PS 软件检查拼接后的图像质量，应着重检查拼接图片的颜色过渡区域、拉花形变区域、重影区域等问题，并加以修改和处理。至此，就得到了最终的数字正射影像图。
        4.4 地形图绘制
        为了更好地保证无人机在地质工程测绘中的实际测绘效果，需要根据无人机的系统与设备性能进行合理规划，对测绘区域的航线进行划分，确保无人机在规定时间内在指定区域完成航拍工作，避免因待机时间过长导致无人机出现事故。合理规划航拍路线，避免出现遗漏现象，降低测绘数据的可靠性。为了保证测量结果的准确性，需要对航拍系统的性能进行检查，在收集数据时发现图像缺陷问题，需要重新进行补测工作。还可以利用无人机的遥感技术，对拍摄的照片进行预处理，在无人机系统对照片数据进行审核时，可以将不符合规定的数据直接处理掉，将更准确地数据传递到数据中心。地质工程测绘工作对于提升土地利用率具有作用，在实际测绘中需要保证无人机的状态，为测绘工作开展提供有力支撑，定期为设备进行调试，保证其状态在良好的状态，提高地质工程测绘工作的水平[3]。
        4.5 矿产储量动态监测
        矿坑上底面、矿坑下底面是矿山储量动态监测的两个重要环节。就上底面监测而言，应关注矿区的原始地貌，通常该地貌保持在自然状态，对此，可将其看做是一个平面进行监测处理。在这一监测模式下，通过计算矿坑边缘测量高程点的均值，即可实现矿坑上底面的表示。而就矿坑下底面而言，在生成DEM的基础上，还应通过专业计算设备，对其进行储量计算，这样通过上底面减去下底面，即可获得相应差值的有效计算。此外还应针对矿山的地质进行测量，在实际测量中，资源储备评估方法、资源储量估算参数确定是两个极为重要的环节。就资源储备量评估而言，工作人员不仅需考虑采坑面积，而且需考虑采深等因素，这样可实现资源储量的有效分析。而在资源储量估算中，应结合具体面积，按照1∶1000的资源储量对图中获得的内容进行评估。
        5 结束语
        综上所述，以无人机倾斜摄影技术为主要手段，通过简化、优化流程快速高效地完成测绘区域三维实景模型及真正射影像数据获取，对获取的数据进行相应分析和研判，为各测绘部门下一步测绘工作顺利开展提供更加详实准确的基础数据。随着航摄设备、导航定位、飞控技术、通讯技术以及智能化水平不断发展创新，无人机倾斜摄影及后期数据自动化云处理、测绘目标自动识别技术等不断完善，今后将会为工程测绘工作提供一套操作更简便、反应更迅速、数据更精准、使用更灵活的技术支撑体系。
        参考文献：
        [1] 胥林.无人机在地质工程测量测绘中的应用 [J].世界有色属，2020（13）：151-152.
        [2] 谢玉东.无人机在地质工程测量测绘中的应用研究 [J].世界有色属，2020（03）：207-208.
        [3] 陈仲明，蒋成文，周忠瑞，等.浅析无人机遥感技术的发展现状 [J].科学技术创新，2018（4）：15-16.