攝影測量技術的礦山開采監測研究論文

　　摘要：露天礦山的開采過程中，需要進行開采范圍、動用儲量監測，傳統監測方法效率低下。提出了使用無人機（UnmannedAerialVehicle，UAV）低空攝影技術進行露天礦山開采監測的方法，介紹了無人機低空攝影測量的工作流程，分析了無人機攝影數據在開采范圍、動用儲量監測中的應用，并對測量精度進行了檢核和分析。無人機低空攝影測量具有機動靈活、測量效率高、測量成果豐富等有點，提高了露天礦山開采監測的效率。

　　關鍵詞：無人機；攝影測量；露天礦山；監測

　　露天礦產資源的無序開發利用，造成了嚴重的資源浪費，破壞了自然環境，并可能引發地質災害。近年來，國土、環保等相關部門加大了露天礦產資源開采監管力度，主要對露天礦山的開采范圍、開采標高和動用儲量進行監測。然而，露天礦區多位于偏遠地區，交通不便，環境惡劣，且由于開采的原因，地形不規則、很多區域難以抵達，監管難度大，周期長，探討更加高效的監管方式非常必要。無人機低空攝影測量技術可以在低空完成對地面的拍攝，受地形限制小，機動靈活，減少了野外工作量，降低了工作難度，極大提高了測量效率。目前，無人機低空攝影測量技術已經在基礎地理信息更新、確權登記發證、國土資源調查、工程測量、環境保護等領域得到了廣泛的應用，并取得了良好的效果。無人機低空攝影測量可快速獲取高精度的數字高程模型（DEM）和數字正射影像圖（DOM），將無人機低空攝影測量技術應用于露天礦山開采監測中，可以從空中監視、無人到達目標區可以取證，有效地實現監管。與其它監測方法相比，無人機低空攝影測量技術具有不可比擬的優勢[1-3]。

　　1無人機系統簡介

　　無人機系統由無人機機體、發射回收系統、電源系統、飛控系統、數據鏈系統組成。發射回收系統保證無人機順利升空，在執行完任務后安全回落地面；飛控系統主要實現對無人機的飛行控制，包括任務設置、飛行中緊急情況控制、降落及數據傳輸等；數據鏈系統主要傳輸遙控指令，以及無人機接收、發送信息等，以保證及時有效反饋信息。無人機載負數碼相機等數字遙感設備進行拍攝，實現對地理信息的實時調查與監測。無人機低空攝影測量彌補了傳統航空攝影測量的缺點，成為傳統航空攝影測量的有力補充，在小區域和飛行困難地區，快速獲取高分辨率影像具有明顯的優勢[4]。

　　2基于無人機低空攝影測量的露天礦山開采監測

　　2.1無人機低空攝影測量數據獲取流程基于無人機低空攝影測量技術獲取DLG、DEM、DOM的工作流程見圖12.1.1無人機低空攝影測量方案首先進行測區踏勘與調查，根據航攝比例尺、測區高程選擇合適的航高。本項目要求獲取的真彩色相片分辨率為0.06m，無人機低空攝影測量時保持航帶內80%重疊，航帶間60%重疊。2.1.2相控點測量采用選擇明顯地物點與野外鋪地標點相結合的方式選擇相控點，相控點的布設需要滿足無人機低空攝影測量的要求，并適當多布設部分相控點，用于精度檢核。相控點采用HNCORS網絡RTK測量，每點均獨立測量兩次取平均值作為相控點坐標成果。2.1.3空三加密使用光束法進行空中三角測量，根據外業提供控制測量結果，內業解算定向點的平面坐標和高程值。2.1.4DEM和DOM的制作空三加密完成后，基于空三加密成果，密集匹配點云，生成測區的三維點云數據，并根據點云數據生成測區DEM，見圖2。根據外方位元素和DEM對每個像對進行數字微分糾正，得到DOM，經鑲嵌、圖廓裁切、色彩平衡處理、圖廓整飾等步驟，生成項目區DOM。2.2開采范圍監測開采范圍監測重點監測露天礦山的開采面積，是否越界開采等。根據無人機低空攝影測量得到的DOM，提取露天礦山的開采邊界，并與采礦權證礦界坐標對比，判斷是否越界開采。目前，無人機低空攝影測量平面精度可以達到厘米級，可以滿足開采范圍監測的精度要求。2.3動用儲量監測根據兩次無人機低空攝影測量得到的露天礦山DEM數據，可以方便的進行露天礦山動用儲量監測。動用儲量計算可以使用ArcGISDesktop軟件，利用柵格區域統計工具對差值面的各項參數進行統計計算，從而得到動用儲量數據。由于無人機低空攝影測量得到的DEM精度較高，且點云密度較大，真實反應了露天礦山的開采情況，計算數據精度較高。2.4無人機低空攝影測量精度為了驗證空三加密精度，統計加密點標準差。測區加密點標準差如表1所示。從礦區選擇典型地物點，使用HNCORS網絡RTK測量，得到地物點的平面坐標和高程，與無人機低空攝影測量成果進行對比，并以HNCORS網絡RTK測量成果為真值，評定無人機低空攝影測量的精度，結果見表2。

　　3無人機低空攝影測量在露天礦山監測中的優勢

　　（1）機動靈活、測量效率高無人機攝影測量機動靈活，受地形、空域限制小，降低了外業測量的勞動量和難度，大大減少了外業工作量，提高了生產效率，在小區域、低空領域測量可以充分發揮其優勢。（2）可以獲得高精度、高分辨率的DOM和DEM成果無人機數據可以通過空三加密，在只測量少量控制點的情況下，獲得分辨率為0.1m的DOM和DEM，精度更可靠。（3）數據更加真實無人機低空攝影測量可以獲取真實的影像數據DOM和DEM，可有效避免擅自更改數據，損害國家和公眾利益的情況。可對各類礦業活動一目了然，使越界開采、無證開采和超量開采等違規行為無處藏身，對各種違法采礦活動具有較強的威懾作用。（4）方便的實現動態監測通過GIS空間分析手段將兩次無人機低空攝影測量數據對比分析，即可對礦山儲量進行動態監測，且精度可靠，能夠及時為有關部門管理礦產開采提供執法依據和技術支撐，使得礦產開采更加有序。

　　4結論

　　在某露天礦山監測項目中，采用無人機低空攝影測量技術，經過無人機攝影測量、像控點測量、空三加密、立體測圖、影像圖處理與制作、外業補測調繪、數據編輯、成果提交等流程，完成了測繪工作。以無人機低空攝影測量得到的DEM和DOM成果為基礎，進行開采范圍和動用儲量監測，工作效率高。使用HNCORS網絡RTK對無人機低空攝影測量成果進行精度檢查，并以NCORS網絡RTK測量成果為真值，計算無人機低空攝影測量成果平面位置中誤差為±13.2cm、高程中誤差為±17.4cm，精度較高，可以滿足監測的要求。