无人机倾斜摄影测量技术在露天矿区监测中的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：田勇强（1985），男，汉族，内蒙古准格尔旗人，本科，任职于国能准能集团有限责任公司，中级工程师，研究方向为露天矿测绘工程。-153-无人机倾斜摄影测量技术在露天矿区监测中的应用 田勇强 国能准能集团有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300 摘要：摘要：随着现代科学技术的不断发展，为我国测绘事业发展提供了充足动力，多种测绘方式应运而生，在很大程度上提升了测绘效率，提高了测绘工作质量。其中无人机航测技术以其操作简便、精准测量等优势得到广泛应用，尤其是在一些复杂区域地形测量工作中，无人机航测技术的应用凸显出较为明显的优势。本文主要以露天矿区监测为研究对象，结合具体工程实例，深入探讨了无人机倾斜摄影测量技术的优势特点以及该技术的具体应用，希望此次分析可以进一步提高露天矿区监测工作水平和测量质量，保障矿山安全生产。关键词：关键词：露天矿区；监测工作；无人机航测；倾斜摄影；测量方案；技术应用 中图分类号中图分类号：P231 0 引言 社会生产生活不断发展，对矿产资源需求量不断增加，这对我国矿山企业开采工作提出较高要求。基于国家对资源保护以及可持续发展视角下，矿山企业必须转变以往粗放型开采方式，特别是一些露天矿山开采活动的开展，应该在保证不破坏地质、生态环境的基础上有序开采。为此，企业应当加大监管力度，运用有效技术做好对露天矿山的监测，了解更多矿山情况，为开采活动提供科学参考。本文主要围绕无人机倾斜摄影测量技术的实践应用展开讨论和分析，致力于发挥该测绘技术作用，有效监测矿山变化，确保实现我国矿产资源可持续性开发和应用。1 无人机倾斜摄影测量技术应用矿山监测的优势 1.1 测量精确度高 在对露天矿山监测中应用无人机倾斜摄影测量技术，可以发挥无人机轻便、灵活特性，更加高效、准确的获取到露天矿区地形地貌信息。无人机飞行中可以依据矿区的地形地貌，适时调整飞行高度、速度，实现较大范围的监测，使得露天矿区监测工作大大缩短工作时间，同时也可以提高工程测绘效果。除此之外，如果在无人机身上搭载多个航摄相机，可以进行多倾斜角度的监测，能够更好的满足测绘需求，从而提高测绘工作准确性、全面性。1.2 监测更具灵活性 在对露天矿区监测中，有关技术人员可以结合实际监测工作要求，预先对无人机飞行航线进行合理规划，这样可以保证无人机顺利起飞、航行、降落。与此同时，无人机在飞行中可以根据监测要求，有效采集到一些矿区附近的丛林、高山等地形数据信息，并打破复杂环境的局限，更加灵活的调整飞行，实现高效监测，为技术人员收集到准确的资料信息。1.3 较强环境适应性 与以往测绘技术相比，无人机倾斜摄影测量技术在实际应用中具有更强的环境适应性，即便是复杂多变的环境也不会影响无人机测量功能性。尤其是在智能操作系统支持下，无人机倾斜摄影测量技术可以更快完成露天矿区的全景勘察、分析工作。例如，针对露天矿区的监测，应用无人机倾斜摄影测量技术可以实现不同角度的测量，为工作人员提供更多矿山区域真实的地形面貌数据信息，与此同时，该技术还可以对影像结果进行深入分析，依据矿区细节特点计算相关数据，除此之外，在批量提取、贴纹理等功能下，使得测量工作效率大大提升，也加强了企业对露天矿区有效数据的管理水平。2 露天矿区基本概况 为进一步阐述无人机倾斜摄影测量技术在露天矿区监测中的实践应用，本文选用某地区露天采石矿区作为研究对象，通过应用无人机倾斜摄影测量技术，探测矿区矿产储量情况，揭示该技术的应用意义和价中国科技期刊数据库 工业 A-154-值，为同类测量工作提供有效参考。从该露天采石矿区实际情况看，其处于东经 120，北纬 37，以花岗岩为主，是该市主要石材开采矿区之一，该矿区总面积 0.35km2，开采标高 11.3m。3 露天矿区矿产储量的监测 下文从传统矿区储量监测出发，与无人机数据监测方式进行了对比，并提出了无人机数据收集与整理方法，为无人机倾斜摄影测量技术在矿山储量动态监测中的应用打好基础，凸显出无人机摄影测量技术的应用优势。3.1 传统形式的储量监测 在露天矿区储量监测中，以往传统监测，首先需要对工作量、质量进行评述。结合本文研究的矿区情况看，需要在 84726.08m2的矿区，通过外业获得 45331个测量点，测量点密度为 0.42 个/m2。测量人员需要参考测量数据，做好记录工作，并对数据进行计算，汇总成最终的测量图像，编辑成册1。而在传统测量中针对资源储量所采用的计算方法主要为：采坑面积与平均采深的乘积。除此之外，对于采坑面积、平均采深、体积等参数的确定，主要方法为：借助成图系统软件可以计算出 1:1000 资源储量估算图上的采坑面积；通过各测量点测定的采坑顶、底高程，将二者作差，取平均值，可以得到采坑平均采深 52.24m；按照相关计算，矿区采坑体积为 4378603.74m3。3.2 无人机数据储量监测 应用无人机倾斜摄影测量技术对露天矿区储量进行监测，需要先明确矿坑上底面。在实际计算中，可以将开采前的矿坑面视为平面，另矿坑上底面，为矿坑边缘测量高程点的数值，结合测量发现，该露天矿区采坑上底面高 98.67m。而后还需要明确矿坑下底面，由于无人机在露天矿区中飞行测量过程中，会出现 DEM高程误差，而本次误差数值为 0.15m，在 1:1000DEM高程精度范围内，所以此次研究可以将得到的数据模型，作为矿产监测到的下底面数据。在此基础上，技术人员可以按照 0.1m 的分辨率、98.67m 的高程，运用 ArcGISDesktop 创建栅格图层，与此同时，运用 ArcGISDesktop 的栅格代数运算器，计算出上顶面和下底面的差值，其中上顶面的选取主要就是矿坑边界与下底面对称的部分，获得差值数据后，方 可 计 算 得 出 该 露 天 矿 区 矿 产 储 量 是4483690.23m3。3.3 无人机数据收集与整理 在露天矿区储量监测中，为保证无人机倾斜摄影测量技术发挥作用，必须做好数据的收集和整理。首先，测量技术人员需要结合实际情况，设置好无人机航测搭载设备，这就需要测量技术人员到现场进行实地考察，而后调整无人机相关要素、参数，并做好校对工作。本文在研究中，选用了大疆、睿铂系列相机产品进行数据采集，设备的总像素参数超过了1.1 x 108（px）；CCD 数量为 5pcs；ccd 尺寸为 23.5 x 15.6mm。其次，为保证监测有效性、全面性，本文在测量的控制上主要采用铺设地标点方式。在野外测量过程中需要在对应的探测区内设定五个地标点，并保证各点位置处于探测区四周、中间，同时控制好各个地标点的大小形状，使得点位形成一个直径为 1m 的圆形2。最后，应用无人机倾斜摄影测量技术采集相关数据时，需要先处理好无人机采集到的影像资料，而后测量人员对其密集情况匹配相关的点云，最终得到测量区三维点云文件，并参考资料获得 DEM 数字模型，该模型比例 1:1000。在此基础上，根据需求按照比例范围，对 DEM 数字模型进行调整、修剪，最终得到 DOM数字正射影像集，该影像集有着较高的精度。而后，测量技术人员可以运用 DEM、DOM 技术探测矿区，并根据储量监测标准和要求，严格系统的检查其精准性。在实际检查过程中，测量技术人员可以先在一个已知地形区域内设定 24 个检查点，而后再检查无人机检测的 DEM 和 DOM 数据。结合本次研究实践结果看，得到的 DOM 检验点平面误差在 0.09m，而 DEM 检验点高程误差是 0.15m，都已达到了储量监测标准和要求3。3.4 无人机倾斜摄影测量技术的可行性应用分析 3.4.1 精度对比 表 1 无人机监测与传统监测的结果对比表 方法 无人机 传统测量 偏差量 误差百分比（%）顶底座高差/m 52.51 52.24 0.27 0.52 取方量/m3 4483690.23 4378603.74 105086.49 2.40 中国科技期刊数据库 工业 A-155-表 2 无人机监测与传统监测所需时间对比表 传统测量 无人机监测 工作内容 时间 工作内容 时间 采集测绘数据 31h 无人机航拍 1h 测量的控制 5h 布设像控点 3h 纠正位置与数据 1h 控制点加密 4h 地形图数据生成 2h DOM、DEM 3h 土方量的计算 5h 计算土方量 3h 分析矿区空间位置 2h 总计 44h 总计 16h 通过对比无人机数据监测与传统监测的结果，如表 1 所示，不难发现，两者在顶底座高差的误差百分比为 0.52%，而在取方量中误差百分比为 2.40%，由此不难得出，在露天采石场储量动态监测中应用无人机倾斜摄影测量技术，精度更高。3.4.2 效率对比 分别统计无人机监测和传统监测工作所需时间，如表 2 所示，可以明显发现，传统测量方式中采集测绘数据需要 31 个小时，而无人机航拍所需时间是 1 小时。而且无人机探测的外业时间明显少于传统测量方式，这在很大程度上节省了时间成本，同样也节省了企业监测工作资金。汇总两种监测所需时间，应用无人倾斜摄影测量技术所需时间 16 小时，而传统测量需要 44 小时，这一巨大差距足以证明无人机航测优势，而且最为重要的一点就是，无人机可以适应一些复杂地形变化，提高测量数据准确性、全面性，整理上，应用无人机探测的人力成本更低，同时也能保证测量数据应用价值4。4 露天矿区监测中无人机倾斜摄影测量技术的应用策略 4.1 技术路线 如图 1 所示，为无人机倾斜摄影测量技术的路线图。从图中不难看出，在露天矿区监测工作，需要先做好项目前期资料收集工作，并明确监测要求、内容、范围等信息，而后依据此制定无人机航测方案，按照要求合理布设像控点，同时进行测量。结合露天矿区情况设定航飞规划完成航拍，而后测量技术人员需检查航拍得到的数据，通过整理、计算后，构建实景三维建模，最终输出三维模型、输出 DSM/DOM、DLG 采集完成5。图 1 倾斜摄影测量技术路线图 4.2 技术操作过程 首先：需要对无人机航拍所得数据进行处理，校正其中的畸变数据，并进行合理控制。其次，需要做好数据的加密处理，生成 DEM，在此基础上运用单片DOM 纠正，完成信息数据处理，并统计分析获得到的摄影数据。再次，镶嵌 DOM，获得监测数据信息和图像。最后，得到最终的测量结果。应用无人机倾斜摄影测量技术监测露天矿区情况，一般会采用区域网布点方式进行测量，在实际操作中必须保证坐标基准统一，而后借助全野外地形测量，依托基准服务平台完成相关数据的转换和高效处理，而后统一运用国家高程完成无人机倾斜摄影测量以及数据检验。4.3 数据处理与质量检验 应用无人机倾斜摄影测量技术获取到的露天矿区影像，可以保证细节上的清晰与层次，与其他方式相比，不会出现重影、模糊、错位等问题，并且可以根据监测要求，实现对矿区整个范围的高速监测，从而真实有效的反映出矿山实际开采情况。对于矿山储量的动态监测，必须应用 DEM、DOM 处理有关数据，同时做好精度检查，才能保证该测量技术可以在实际应用中发挥作用。而对于检查点的布置和处理，为保证其测量全面性、准确性，必须做到均匀分布、覆盖整个中国科技期刊数据库 工业 A-156-测区。而野外实测方式作为 DOM 平面位置精度检查主要方法，主要就是在计算机中输入检查点平面位置坐标（Xi，Yi），而后依托 DOM 获取镜像坐标点，以此为依据计算并分析出平面位置误差情况，以此提升无人机倾斜摄影测量技术所得数据的精准性6。5 结束语 综上所述，无人机倾斜摄影测量技术在露天矿区监测中的应用具有十分明显的优势和效果，对提高测量工作效率、提高测量工作质量具有重要作用。通过本文对无人机倾斜摄影测量技术与传统测量方式的对比分析，不难发现，在无人机倾斜摄影测量技术应用过程中，能够保证数据采集速度、精度，同时还可以减少矿山企业采集工作成本，进一步保证了测量技术人员人身安全，使得整体测量工作更加高效。本文结合露天矿山储量监测实例进行分析，希望可以为同类矿山监测工作提供参考和借鉴，进而有效提高矿山测量与动态监测水平。参考文献 1张占勇.无人机倾斜摄影测量技术在水工建筑物精细化建模中的应用J.珠江水运,2023,12(19):107-110.2 刘 大 林.高 分 辨 率 低 空 无 人 机 倾 斜 摄 影 测 量 辅 助 BIM 技 术 的 应 用 研 究 J.科 技 创 新 与 生 产力,2023,44(10):137-140.3马华坤.无人机倾斜摄影测量技术在矿山生态修复中的应用J.海峡科技与产业,2023,36(09):41-43.4宁剑波,向双.浅析无人机倾斜摄影测量免像控技术在大面积大比例尺测图中的应用以金沙县西洛街道红山社区航测项目为例J.冶金管理,2023,34(13):91-92,100.5申小兵,闫令军,季晓菲.无人机倾斜摄影测量技术在农村地籍测绘中的应用探讨J.科技创新与应用,2023,13(25):179-181+185.6 张 永 刚,张 小 宏.无 人 机 倾 斜 摄 影 测 量 技 术 在 村 庄 规 划 编 制 项 目 中 的 应 用 J.测 绘 通报,2023,45(S1):21-23,31.