攝影測量技術(shù)的礦山開(kāi)采監測研究論文

攝影測量技術(shù)的礦山開(kāi)采監測研究論文

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

　　關(guān)鍵詞：無(wú)人機；攝影測量；露天礦山；監測

　　露天礦產(chǎn)資源的無(wú)序開(kāi)發(fā)利用，造成了嚴重的資源浪費，破壞了自然環(huán)境，并可能引發(fā)地質(zhì)災害。近年來(lái)，國土、環(huán)保等相關(guān)部門(mén)加大了露天礦產(chǎn)資源開(kāi)采監管力度，主要對露天礦山的開(kāi)采范圍、開(kāi)采標高和動(dòng)用儲量進(jìn)行監測。然而，露天礦區多位于偏遠地區，交通不便，環(huán)境惡劣，且由于開(kāi)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(cháng)，探討更加高效的監管方式非常必要。無(wú)人機低空攝影測量技術(shù)可以在低空完成對地面的拍攝，受地形限制小，機動(dòng)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(wú)人機低空攝影測量技術(shù)已經(jīng)在基礎地理信息更新、確權登記發(fā)證、國土資源調查、工程測量、環(huán)境保護等領(lǐng)域得到了廣泛的應用，并取得了良好的效果。無(wú)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(wú)人機低空攝影測量技術(shù)應用于露天礦山開(kāi)采監測中，可以從空中監視、無(wú)人到達目標區可以取證，有效地實(shí)現監管。與其它監測方法相比，無(wú)人機低空攝影測量技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)勢[1-3]。

　　1無(wú)人機系統簡(jiǎn)介

　　無(wú)人機系統由無(wú)人機機體、發(fā)射回收系統、電源系統、飛控系統、數據鏈系統組成。發(fā)射回收系統保證無(wú)人機順利升空，在執行完任務(wù)后安全回落地面；飛控系統主要實(shí)現對無(wú)人機的飛行控制，包括任務(wù)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(wú)人機接收、發(fā)送信息等，以保證及時(shí)有效反饋信息。無(wú)人機載負數碼相機等數字遙感設備進(jìn)行拍攝，實(shí)現對地理信息的實(shí)時(shí)調查與監測。無(wú)人機低空攝影測量彌補了傳統航空攝影測量的缺點(diǎn)，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(yōu)勢[4]。

　　2基于無(wú)人機低空攝影測量的露天礦山開(kāi)采監測

　　2.1無(wú)人機低空攝影測量數據獲取流程基于無(wú)人機低空攝影測量技術(shù)獲取DLG、DEM、DOM的工作流程見(jiàn)圖12.1.1無(wú)人機低空攝影測量方案首先進(jìn)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(wú)人機低空攝影測量時(shí)保持航帶內80%重疊，航帶間60%重疊。2.1.2相控點(diǎn)測量采用選擇明顯地物點(diǎn)與野外鋪地標點(diǎn)相結合的方式選擇相控點(diǎn)，相控點(diǎn)的布設需要滿(mǎn)足無(wú)人機低空攝影測量的要求，并適當多布設部分相控點(diǎn)，用于精度檢核。相控點(diǎn)采用HNCORS網(wǎng)絡(luò )RTK測量，每點(diǎn)均獨立測量?jì)纱稳∑骄�值作為相控點(diǎn)坐標成果。2.1.3空三加密使用光束法進(jìn)行空中三角測量，根據外業(yè)提供控制測量結果，內業(yè)解算定向點(diǎn)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(diǎn)云，生成測區的三維點(diǎn)云數據，并根據點(diǎn)云數據生成測區DEM，見(jiàn)圖2。根據外方位元素和DEM對每個(gè)像對進(jìn)行數字微分糾正，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DOM。2.2開(kāi)采范圍監測開(kāi)采范圍監測重點(diǎn)監測露天礦山的開(kāi)采面積，是否越界開(kāi)采等。根據無(wú)人機低空攝影測量得到的DOM，提取露天礦山的開(kāi)采邊界，并與采礦權證礦界坐標對比，判斷是否越界開(kāi)采。目前，無(wú)人機低空攝影測量平面精度可以達到厘米級，可以滿(mǎn)足開(kāi)采范圍監測的精度要求。2.3動(dòng)用儲量監測根據兩次無(wú)人機低空攝影測量得到的露天礦山DEM數據，可以方便的進(jìn)行露天礦山動(dòng)用儲量監測。動(dòng)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(jìn)行統計計算，從而得到動(dòng)用儲量數據。由于無(wú)人機低空攝影測量得到的DEM精度較高，且點(diǎn)云密度較大，真實(shí)反應了露天礦山的開(kāi)采情況，計算數據精度較高。2.4無(wú)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(diǎn)標準差。測區加密點(diǎn)標準差如表1所示。從礦區選擇典型地物點(diǎn)，使用HNCORS網(wǎng)絡(luò )RTK測量，得到地物點(diǎn)的平面坐標和高程，與無(wú)人機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(wú)人機低空攝影測量的精度，結果見(jiàn)表2。

　　3無(wú)人機低空攝影測量在露天礦山監測中的優(yōu)勢

　�。�1）機動(dòng)靈活、測量效率高無(wú)人機攝影測量機動(dòng)靈活，受地形、空域限制小，降低了外業(yè)測量的勞動(dòng)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(wú)人機數據可以通過(guò)空三加密，在只測量少量控制點(diǎn)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(shí)無(wú)人機低空攝影測量可以獲取真實(shí)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�？蓪Ω黝�(lèi)礦業(yè)活動(dòng)一目了然，使越界開(kāi)采、無(wú)證開(kāi)采和超量開(kāi)采等違規行為無(wú)處藏身，對各種違法采礦活動(dòng)具有較強的威懾作用。（4）方便的實(shí)現動(dòng)態(tài)監測通過(guò)GIS空間分析手段將兩次無(wú)人機低空攝影測量數據對比分析，即可對礦山儲量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測，且精度可靠，能夠及時(shí)為有關(guān)部門(mén)管理礦產(chǎn)開(kāi)采提供執法依據和技術(shù)支撐，使得礦產(chǎn)開(kāi)采更加有序。

　　4結論

　　在某露天礦山監測項目中，采用無(wú)人機低空攝影測量技術(shù)，經(jīng)過(guò)無(wú)人機攝影測量、像控點(diǎn)測量、空三加密、立體測圖、影像圖處理與制作、外業(yè)補測調繪、數據編輯、成果提交等流程，完成了測繪工作。以無(wú)人機低空攝影測量得到的DEM和DOM成果為基礎，進(jìn)行開(kāi)采范圍和動(dòng)用儲量監測，工作效率高。使用HNCORS網(wǎng)絡(luò )RTK對無(wú)人機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(wú)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(mǎn)足監測的要求。