史文芳

（甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊(duì)，甘肅 天水 741000）

露天礦的不合理開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)對(duì)我國(guó)礦產(chǎn)資源造成極大浪費(fèi)，也污染了周邊地質(zhì)環(huán)境，如果繼續(xù)無(wú)序開(kāi)采，很有可能引發(fā)相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害。近年來(lái)，國(guó)家礦業(yè)局和各地政府以露天礦的開(kāi)采范圍、開(kāi)采標(biāo)高和儲(chǔ)量動(dòng)用為核心，不斷加大對(duì)管轄區(qū)域內(nèi)露天礦開(kāi)采監(jiān)測(cè)力度。但是因?yàn)槁短斓V大多存在于偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便，環(huán)境惡劣，很多區(qū)域監(jiān)管人員難以到達(dá)，所以整體監(jiān)管工作難度極大，必須探尋更先進(jìn)的監(jiān)管方式，提高監(jiān)管效率?；跓o(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于礦山開(kāi)采監(jiān)測(cè)可以大大減輕監(jiān)測(cè)人員的工作量，提高工作效率，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)分析

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)包括機(jī)體本身、信號(hào)發(fā)射和回收裝置、電源系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。機(jī)體本身裝有微型攝像頭，電源系統(tǒng)可以為所以分析硬件提供電力能源支持。機(jī)體飛到監(jiān)測(cè)礦區(qū)時(shí)，通過(guò)飛行控制臺(tái)，攝像系統(tǒng)和信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)開(kāi)始工作，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行信號(hào)覆蓋和回收。綜合來(lái)看，無(wú)人機(jī)本身所附帶的數(shù)碼攝像機(jī)和數(shù)碼照相機(jī)等數(shù)字遙感拍攝系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)露天礦區(qū)地理信息和實(shí)時(shí)情況的有效監(jiān)測(cè)[2]。

2 基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的礦山開(kāi)采監(jiān)測(cè)技術(shù)

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)獲取?，F(xiàn)代無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以獲取DLG、DEM、DOM三類(lèi)數(shù)據(jù)影像，具體影像數(shù)據(jù)獲取流程如圖1所示。

無(wú)人機(jī)礦區(qū)攝影監(jiān)測(cè)方案。在測(cè)量以前必須提前對(duì)監(jiān)測(cè)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行初步估算，從而根據(jù)拍攝比例尺和測(cè)區(qū)高程，確定無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量航行高度。無(wú)人機(jī)攝影必須獲取到真彩色向分辨率小于0.06m的礦區(qū)實(shí)景圖案，在對(duì)礦區(qū)進(jìn)行低空測(cè)量時(shí)，必須保持航帶內(nèi)重疊率超過(guò)80%，航帶重疊間重疊率為60%以上。

圖1 影像數(shù)據(jù)獲取流程圖

像控點(diǎn)測(cè)量方案和空三加密。所謂像控點(diǎn)主要是在影像拍攝過(guò)程中需要工作人員反復(fù)查看的區(qū)域地表坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)影像。對(duì)于像控點(diǎn)的選擇，必須采取明顯的地理位置點(diǎn)和野外地標(biāo)點(diǎn)相結(jié)合的方式進(jìn)行選取。像控點(diǎn)的具體測(cè)量方式可以利用HNCORS網(wǎng)絡(luò)和RTK測(cè)量技術(shù)，每個(gè)像控點(diǎn)需要測(cè)量五次以上，取其平均值作為像控點(diǎn)的最終目標(biāo)成果。空三加密是指利用現(xiàn)代光學(xué)原理和光束測(cè)距法在空中進(jìn)行區(qū)域三角測(cè)量。由無(wú)人機(jī)的外部影像數(shù)據(jù)提供控制結(jié)果，由內(nèi)部影像數(shù)據(jù)測(cè)算檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)和平面坐標(biāo)值以及無(wú)人機(jī)高程值。

DEM和DOM制造。對(duì)數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行空三加密處理后，基于加密成果，得出密集匹配點(diǎn)，生成監(jiān)測(cè)區(qū)三維密集點(diǎn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步生成監(jiān)測(cè)區(qū)的DEM圖像。根據(jù)露天礦區(qū)的外部方位點(diǎn)和DEM圖像，可以對(duì)每個(gè)圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析糾正和微分?jǐn)?shù)據(jù)管理，最終得到DOM數(shù)據(jù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)軟件的鑲嵌、圖形輪廓剪裁、色彩清晰平衡處理、圖形整體修飾等步驟，生成項(xiàng)目區(qū)的DOM圖像。

3 礦山開(kāi)采監(jiān)測(cè)技術(shù)主體應(yīng)用

①礦山開(kāi)采范圍監(jiān)測(cè)。礦山開(kāi)采范圍檢測(cè)的工作重點(diǎn)是監(jiān)測(cè)礦山整體范圍內(nèi)，有無(wú)越界開(kāi)采的行為。根據(jù)無(wú)人機(jī)攝影數(shù)據(jù)生成的DOM影像圖，可以確定露天礦區(qū)的實(shí)際邊界，再與當(dāng)?shù)氐V業(yè)局記錄的采礦界線坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，從而判斷是否存在越界開(kāi)采行為。因?yàn)楝F(xiàn)代最先進(jìn)的無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)對(duì)于平面線條測(cè)量誤差不超過(guò)1米，所以完全可以滿(mǎn)足開(kāi)采范圍監(jiān)測(cè)要求。②礦區(qū)動(dòng)用儲(chǔ)量監(jiān)測(cè)。根據(jù)無(wú)人機(jī)空中攝影測(cè)量得到的DEM數(shù)據(jù)信息，可以對(duì)露天礦區(qū)動(dòng)用儲(chǔ)量情況進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中，需要借助ARCGIS數(shù)據(jù)分析軟件，利用內(nèi)置的數(shù)據(jù)規(guī)劃和區(qū)域統(tǒng)計(jì)工具，對(duì)平面差值內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出礦區(qū)儲(chǔ)量數(shù)據(jù)。由于無(wú)人機(jī)獲取的DEM數(shù)據(jù)精度較高，點(diǎn)密度較大，完全可以真實(shí)反映礦區(qū)情況。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了實(shí)際測(cè)量基于無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)的礦山開(kāi)采監(jiān)測(cè)技術(shù)是否真實(shí)有效，對(duì)無(wú)人機(jī)空三加密精度和無(wú)人機(jī)攝影平面精度進(jìn)行實(shí)際測(cè)評(píng)，結(jié)果如表1和表2。

表1 加密點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

N3 0.255 0.55 0.78 N4 0.378 0.25 0.14 N5 0.78 0.40 0.19 N6 0.25 0.17 0.98

表2 無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量平面精度表

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)算，本測(cè)量技術(shù)基本誤差在13厘米以?xún)?nèi)，高程誤差在17厘米以?xún)?nèi)，完全可以作為監(jiān)測(cè)手段使用。

5 結(jié)語(yǔ)

整套監(jiān)測(cè)技術(shù)需要經(jīng)歷無(wú)人機(jī)低空攝影、像控點(diǎn)選取、空三加密、數(shù)據(jù)繪圖、繪圖編輯等步驟，通過(guò)最終成型的DEM和DOM數(shù)據(jù)和圖形，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)開(kāi)采范圍和礦區(qū)動(dòng)用儲(chǔ)量的監(jiān)測(cè)。通過(guò)后期利用ARCGIS數(shù)據(jù)分析軟件和RTK技術(shù)可以重復(fù)檢驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性，最大程度減小誤差，可以預(yù)見(jiàn)，該監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

[1]張敏峽,范高林,范東林.基于無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的露天礦山開(kāi)采監(jiān)測(cè)研究[J].世界有色金屬,2016,19(17):73-74.

[2]李永生,賴(lài)華榮,盧春盛,等.無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在礦產(chǎn)開(kāi)采執(zhí)法監(jiān)察中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào),2017,25(s1):95-99.