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攝影測量技術(shù)的礦山開采監(jiān)測研究論文
摘要：露天礦山的開采過程中，需要進(jìn)行開采范圍、動用儲量監(jiān)測，傳統(tǒng)監(jiān)測方法效率低下。提出了使用無人機(jī)（UnmannedAerialVehicle，UAV）低空攝影技術(shù)進(jìn)行露天礦山開采監(jiān)測的方法，介紹了無人機(jī)低空攝影測量的工作流程，分析了無人機(jī)攝影數(shù)據(jù)在開采范圍、動用儲量監(jiān)測中的應(yīng)用，并對測量精度進(jìn)行了檢核和分析。無人機(jī)低空攝影測量具有機(jī)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(jiān)測的效率。
關(guān)鍵詞：無人機(jī)；攝影測量；露天礦山；監(jiān)測
露天礦產(chǎn)資源的無序開發(fā)利用，造成了嚴(yán)重的資源浪費，破壞了自然環(huán)境，并可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。近年來，國土、環(huán)保等相關(guān)部門加大了露天礦產(chǎn)資源開采監(jiān)管力度，主要對露天礦山的開采范圍、開采標(biāo)高和動用儲量進(jìn)行監(jiān)測。然而，露天礦區(qū)多位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，交通不便，環(huán)境惡劣，且由于開采的原因，地形不規(guī)則、很多區(qū)域難以抵達(dá)，監(jiān)管難度大，周期長，探討更加高效的監(jiān)管方式非常必要。無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)可以在低空完成對地面的拍攝，受地形限制小，機(jī)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(jī)低空攝影測量技術(shù)已經(jīng)在基礎(chǔ)地理信息更新、確權(quán)登記發(fā)證、國土資源調(diào)查、工程測量、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的效果。無人機(jī)低空攝影測量可快速獲取高精度的數(shù)字高程模型（DEM）和數(shù)字正射影像圖（DOM），將無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)應(yīng)用于露天礦山開采監(jiān)測中，可以從空中監(jiān)視、無人到達(dá)目標(biāo)區(qū)可以取證，有效地實現(xiàn)監(jiān)管。與其它監(jiān)測方法相比，無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)勢[1-3]。
1無人機(jī)系統(tǒng)簡介
無人機(jī)系統(tǒng)由無人機(jī)機(jī)體、發(fā)射回收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組成。發(fā)射回收系統(tǒng)保證無人機(jī)順利升空，在執(zhí)行完任務(wù)后安全回落地面；飛控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對無人機(jī)的飛行控制，包括任務(wù)設(shè)置、飛行中緊急情況控制、降落及數(shù)據(jù)傳輸?shù)�；�?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)主要傳輸遙控指令，以及無人機(jī)接收、發(fā)送信息等，以保證及時有效反饋信息。無人機(jī)載負(fù)數(shù)碼相機(jī)等數(shù)字遙感設(shè)備進(jìn)行拍攝，實現(xiàn)對地理信息的實時調(diào)查與監(jiān)測。無人機(jī)低空攝影測量彌補了傳統(tǒng)航空攝影測量的缺點，成為傳統(tǒng)航空攝影測量的有力補充，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)，快速獲取高分辨率影像具有明顯的優(yōu)勢[4]。
2基于無人機(jī)低空攝影測量的露天礦山開采監(jiān)測
2.1無人機(jī)低空攝影測量數(shù)據(jù)獲取流程基于無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)獲取DLG、DEM、DOM的工作流程見圖12.1.1無人機(jī)低空攝影測量方案首先進(jìn)行測區(qū)踏勘與調(diào)查，根據(jù)航攝比例尺、測區(qū)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(jī)低空攝影測量時保持航帶內(nèi)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(biāo)點相結(jié)合的方式選擇相控點，相控點的布設(shè)需要滿足無人機(jī)低空攝影測量的要求，并適當(dāng)多布設(shè)部分相控點，用于精度檢核。相控點采用HNCORS網(wǎng)絡(luò)RTK測量，每點均獨立測量兩次取平均值作為相控點坐標(biāo)成果。2.1.3空三加密使用光束法進(jìn)行空中三角測量，根據(jù)外業(yè)提供控制測量結(jié)果，內(nèi)業(yè)解算定向點的平面坐標(biāo)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(qū)的三維點云數(shù)據(jù)，并根據(jù)點云數(shù)據(jù)生成測區(qū)DEM，見圖2。根據(jù)外方位元素和DEM對每個像對進(jìn)行數(shù)字微分糾正，得到DOM，經(jīng)鑲嵌、圖廓裁切、色彩平衡處理、圖廓整飾等步驟，生成項目區(qū)DOM。2.2開采范圍監(jiān)測開采范圍監(jiān)測重點監(jiān)測露天礦山的開采面積，是否越界開采等。根據(jù)無人機(jī)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(quán)證礦界坐標(biāo)對比，判斷是否越界開采。目前，無人機(jī)低空攝影測量平面精度可以達(dá)到厘米級，可以滿足開采范圍監(jiān)測的精度要求。2.3動用儲量監(jiān)測根據(jù)兩次無人機(jī)低空攝影測量得到的露天礦山DEM數(shù)據(jù)，可以方便的進(jìn)行露天礦山動用儲量監(jiān)測。動用儲量計算可以使用ArcGISDesktop軟件，利用柵格區(qū)域統(tǒng)計工具對差值面的各項參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計計算，從而得到動用儲量數(shù)據(jù)。由于無人機(jī)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(yīng)了露天礦山的開采情況，計算數(shù)據(jù)精度較高。2.4無人機(jī)低空攝影測量精度為了驗證空三加密精度，統(tǒng)計加密點標(biāo)準(zhǔn)差。測區(qū)加密點標(biāo)準(zhǔn)差如表1所示。從礦區(qū)選擇典型地物點，使用HNCORS網(wǎng)絡(luò)RTK測量，得到地物點的平面坐標(biāo)和高程，與無人機(jī)低空攝影測量成果進(jìn)行對比，并以HNCORS網(wǎng)絡(luò)RTK測量成果為真值，評定無人機(jī)低空攝影測量的精度，結(jié)果見表2。
3無人機(jī)低空攝影測量在露天礦山監(jiān)測中的優(yōu)勢
�。�1）機(jī)動靈活、測量效率高無人機(jī)攝影測量機(jī)動靈活，受地形、空域限制小，降低了外業(yè)測量的勞動量和難度，大大減少了外業(yè)工作量，提高了生產(chǎn)效率，在小區(qū)域、低空領(lǐng)域測量可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。（2）可以獲得高精度、高分辨率的DOM和DEM成果無人機(jī)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)更加真實無人機(jī)低空攝影測量可以獲取真實的影像數(shù)據(jù)DOM和DEM，可有效避免擅自更改數(shù)據(jù)，損害國家和公眾利益的情況�？蓪Ω黝惖V業(yè)活動一目了然，使越界開采、無證開采和超量開采等違規(guī)行為無處藏身，對各種違法采礦活動具有較強(qiáng)的威懾作用。（4）方便的實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測通過GIS空間分析手段將兩次無人機(jī)低空攝影測量數(shù)據(jù)對比分析，即可對礦山儲量進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，且精度可靠，能夠及時為有關(guān)部門管理礦產(chǎn)開采提供執(zhí)法依據(jù)和技術(shù)支撐，使得礦產(chǎn)開采更加有序。
4結(jié)論
在某露天礦山監(jiān)測項目中，采用無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)，經(jīng)過無人機(jī)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(yè)補測調(diào)繪、數(shù)據(jù)編輯、成果提交等流程，完成了測繪工作。以無人機(jī)低空攝影測量得到的DEM和DOM成果為基礎(chǔ)，進(jìn)行開采范圍和動用儲量監(jiān)測，工作效率高。使用HNCORS網(wǎng)絡(luò)RTK對無人機(jī)低空攝影測量成果進(jìn)行精度檢查，并以NCORS網(wǎng)絡(luò)RTK測量成果為真值，計算無人機(jī)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(jiān)測的要求。
