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        礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中無人機攝影測量技術應用研究

        2021-05-27 06:36:02劉磊
        魅力中國 2021年12期

        劉磊

        (平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦,河南 平頂山 467000)

        一、無人機測量系統(tǒng)概述

        無人機測量系統(tǒng)是集導航系統(tǒng)、飛行平臺以及傾斜攝影系統(tǒng)為一體的攝影平臺,可以獲取多視角影像,為后續(xù)構建的三維模型提供大量的紋理信息。通過采用定位技術可以使得無人機測量系統(tǒng)獲取到的圖像含有更精準的地理信息,從而實現(xiàn)便捷、高精度測量。本次測量中采用的無人機為大疆精靈 Phantom4,滿載荷最大飛行時間為60min,并配備有航空攝影機。采用無人機攝影技術可以較為便捷、精準的構建礦山三維模型,具體的工作流程如圖1 所示。具體包括有:(1)首先需要根據(jù)測量目的構建測量技術方案。(2)在圈定的測量區(qū)域內(nèi)進行控制測量,當?shù)乇頍o特征點時應首先做相關標記。(3)無人機航空測量。(4)多視覺影像聯(lián)合平差以及密集匹配。(5)三維地形TIN 及無信息白模構建。(6)紋理映射構建實景三維模型。

        圖1 測量工作流程

        二、技術可行性分析

        (一)無人機攝影測量技術精度分析

        在實際測量中,一旦測量的礦坑存在堆積,傳統(tǒng)監(jiān)測方式會采用規(guī)則椎體進行計算,就無人機攝影測量技術而言,其可以在測量中進行逐像素計算,該測量模式下,其會將礦坑的表面進行完整的擬合,繼而通過 0.1 m 的分辨率控制,形成 DEM,這種測量方式有效地保證了礦坑測量的準確性。可見從測量精度來看,無人機攝影測量技術在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中具有一定可行性[2]。

        (二)無人機攝影測量技術效率計算

        相比于傳統(tǒng)測量手段,無人機攝影測量技術的效率性突出。譬如,在某礦區(qū)監(jiān)測中,傳統(tǒng)監(jiān)測手段實施人工監(jiān)測,經(jīng)初步計算,完成工程測量需要42 h;為提升測量效率,該礦區(qū)采用無人機攝影測量技術進行監(jiān)測。在實際監(jiān)測中,工作人員先設置像素點,確保其點位不少于5 個,隨后利用高分辨率相機進行測量,通過測量獲得礦區(qū)的原始照片,總照片數(shù)目為200 多張。在經(jīng)數(shù)據(jù)處理制成DOM 和DEM 后,測量總耗時為16h。即無人機攝影測量技術在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中具有較高效率性,其能有效適應礦山儲量動態(tài)監(jiān)測需要,促進礦山企業(yè)有序生產(chǎn)。

        三、無人機攝影測量技術在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應用要點

        (一)注重礦山整體測量環(huán)境

        礦山儲量監(jiān)測,其動態(tài)變化特性較為突出。這是因為在礦區(qū),礦產(chǎn)資源被開采運出后,整個區(qū)域土體結構的完整性受到了較大影響,其中礦區(qū)內(nèi)部結構應力變化明顯。譬如,在部分礦山開采中,曾發(fā)生開采區(qū)陷落等問題,這一問題加大了礦產(chǎn)資源開采的難度,同時在后續(xù)監(jiān)測中,監(jiān)測環(huán)境較為復雜,工作阻力加大。

        (二)獲取礦山儲量動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)

        一方面,其不僅能獲得本地區(qū)的地形地貌資料,而且能掌握礦區(qū)開采現(xiàn)狀,在經(jīng)相關數(shù)據(jù)計算出來后,可構建礦區(qū)的三維模型,這為后期工作開展具有積極影響。在實際測量中,先應進行像控點的布設,無人機攝影測量像控點布設應關注平高點和平面點的設置,在實際布點中,應注重CORS 或RTK 技術的應用,為后期數(shù)據(jù)捕獲、數(shù)據(jù)導入和云計算處理提供便利。

        (三)礦山儲量動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)

        在實際處理中,針對航攝儀的應用,測繪人員先要捕獲該設備曝光攝影瞬間的三維坐標;通常給坐標通過GPS 技術獲得;隨后參考無人機飛行姿態(tài)參數(shù),并在計算機云計算系統(tǒng)進行空三解算處理。完成數(shù)據(jù)空三解算后,還應通過規(guī)范化的處理圖形色彩,在處理過程中,利用矢量化自動成圖軟件,可在圖像有效銜接的基礎上,確保圖像的色彩具有較高的統(tǒng)一性,最后對這些圖形進行成立,可獲得測區(qū)地形圖。值得注意的是,無人機飛行姿態(tài)對于部分攝影圖形具有一定影響,該影響會降低成圖精度;對此,測繪人員還應進行畸變數(shù)據(jù)的糾正處理,通常,采用正射糾正法能糾正的圖像點位的位移偏差。所獲得圖形部分點位的位移差計算公式為:。其中,δh指的是像點位移差;而kn 代表了像底點到達像點基線長;就h 而言,其研究的是地面點的情況,代表了該區(qū)域的起幅高層;H 代表航攝儀器的飛行高度。正確計算該指標,能指導航攝設備運作,確保礦山儲量動態(tài)監(jiān)測結果處置的準確性。

        (四)礦坑上、下底面監(jiān)測

        礦坑上底面、礦坑下底面是礦山儲量動態(tài)監(jiān)測的兩個重要環(huán)節(jié)。就上底面監(jiān)測而言,應關注礦區(qū)的原始地貌,通常該地貌保持在自然狀態(tài),對此,可將其看做是一個平面進行監(jiān)測處理。在這一監(jiān)測模式下,通過計算礦坑邊緣測量高程點的均值,即可實現(xiàn)礦坑上面的表示。而就礦坑下底面而言,在生成 DEM 的基礎上,還應通過專業(yè)計算設備,對其進行儲量計算,這樣通過上底面減去下底面,即可獲得相應差值的有效計算。此外還應針對礦山的地質(zhì)進行測量,在實際測量中,資源儲備評估方法、資源儲量估算參數(shù)確定是兩個極為重要的環(huán)節(jié)。就資源儲備量評估而言,工作人員不僅需考慮采坑面積,而且需考慮采深等因素,這樣可實現(xiàn)資源儲量的有效分析。而在資源儲量估算中,應結合具體面積,按照1 ∶1000 的資源儲量對圖中獲得的內(nèi)容進行評估。

        結束語

        綜上所述,在實際監(jiān)測中,礦山工作人員只有充分認識到無人機攝影測量技術應用的必要性,然后結合其工作原理,做好礦山整體測量環(huán)境、礦山儲量動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取、礦山儲量動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理和礦坑上、下底面監(jiān)測的右下處理,才能有效地提升無人機攝影測量技術應用水平,繼而在保證礦山儲量動態(tài)監(jiān)測質(zhì)量的基礎上,促進采礦行業(yè)的有序發(fā)展。

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