孫 璐

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

隨著北斗系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位技術(shù)得到了快速發(fā)展，從而促進(jìn)了無(wú)人機(jī)技術(shù)的大范圍應(yīng)用[1]。目前，無(wú)人機(jī)技術(shù)已在航拍、農(nóng)業(yè)、快遞運(yùn)輸、災(zāi)難救援、電力巡檢等多個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。為了滿(mǎn)足復(fù)雜礦山環(huán)境下的測(cè)繪需求，多在工程測(cè)繪技術(shù)中應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)，從而為礦山工程測(cè)繪技術(shù)提供較大助力[2]。

在國(guó)內(nèi)外關(guān)于礦山工程測(cè)繪技術(shù)的研究中，多是利用GPS定位系統(tǒng)、數(shù)字化等技術(shù)手段進(jìn)行工程測(cè)繪工作，例如，文獻(xiàn)[3]中針對(duì)數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行分析，通過(guò)分析數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，提出數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用措施，得出結(jié)論表明數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)能夠在一定程度上保障測(cè)繪數(shù)據(jù)的精確，但是該技術(shù)在面對(duì)復(fù)雜的礦山條件時(shí)，其時(shí)效性有待提高。文獻(xiàn)[4]中將RTK技術(shù)引入到現(xiàn)代礦山工程測(cè)量技術(shù)中，結(jié)合全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦山資源信息，利用RTK技術(shù)的數(shù)據(jù)通信特點(diǎn)為礦山工程的測(cè)量提供了基本保障，但是該技術(shù)在進(jìn)行礦山工程測(cè)繪時(shí)存在準(zhǔn)確性不高的問(wèn)題。綜上分析，為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本文研究智能無(wú)人機(jī)在礦山工程測(cè)繪技術(shù)中的應(yīng)用，探求智能無(wú)人機(jī)在實(shí)際礦山測(cè)繪中的應(yīng)用水平。

1 礦山工程測(cè)繪技術(shù)

在進(jìn)行礦山工程開(kāi)采的過(guò)程中，需要對(duì)礦山資源進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，這時(shí)就需要一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)能夠?yàn)榈V山工程提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，在實(shí)際工程的運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)該在運(yùn)行前期進(jìn)行一個(gè)評(píng)估，評(píng)估的最大依據(jù)在于對(duì)礦山資源中各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量和分析，從而在地面基站準(zhǔn)確建立控制網(wǎng)絡(luò)[5]。可見(jiàn)，礦山工程的測(cè)繪要求主要包括：①受到礦山資源的分布特點(diǎn)影響，對(duì)于礦山工程的測(cè)繪來(lái)說(shuō)，整個(gè)礦山區(qū)域的覆蓋面積較大，所需作業(yè)的面積較廣，因此，測(cè)繪技術(shù)要具有覆蓋面積廣闊的特點(diǎn)；②礦山工程測(cè)繪還需包括礦區(qū)內(nèi)地上地下各種工程的施工監(jiān)測(cè)，因此需對(duì)礦山工程所在礦區(qū)的地形圖及環(huán)境條件進(jìn)行有效測(cè)繪；③為了滿(mǎn)足生產(chǎn)工作的需要，在進(jìn)行礦山工程測(cè)繪時(shí)，所得測(cè)繪結(jié)果需滿(mǎn)足生產(chǎn)現(xiàn)狀的采掘工程圖和其他專(zhuān)用圖的使用。

針對(duì)上述礦山工程的測(cè)繪要求，由于受到環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害、采空區(qū)塌陷等問(wèn)題的影響，使得目前的礦山工程測(cè)繪工作變得越來(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越困難。

基于上述智能無(wú)人機(jī)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用在礦山工程測(cè)繪技術(shù)中，對(duì)提高測(cè)繪水平具有重要意義。因此，下文對(duì)智能無(wú)人機(jī)在礦山工程測(cè)繪技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行具體闡述。

2 智能無(wú)人機(jī)在礦山工程測(cè)繪技術(shù)中的應(yīng)用

為了有效獲取礦山工程測(cè)繪資源數(shù)據(jù)，引用智能無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行礦山數(shù)字線(xiàn)數(shù)據(jù)提取工作，根據(jù)所獲取的資源數(shù)據(jù)，采用三維實(shí)景建模技術(shù)進(jìn)行數(shù)字高程模型的構(gòu)建，從而準(zhǔn)確、及時(shí)地完成礦山工程測(cè)繪工作。

2.1 礦山工程測(cè)繪資源數(shù)據(jù)的提取

數(shù)字線(xiàn)數(shù)據(jù)提取是構(gòu)建數(shù)字高程模型至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其提取質(zhì)量決定了建模的速度和精度，從而直接影響到礦山工程測(cè)繪水平。首先利用智能無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)地勘探，對(duì)目標(biāo)區(qū)域的形狀結(jié)構(gòu)、周?chē)h(huán)境進(jìn)行大致識(shí)別，從而利用無(wú)人機(jī)將資源數(shù)據(jù)信息從初始端傳送到計(jì)算機(jī)終端。利用智能無(wú)人機(jī)進(jìn)行資源數(shù)據(jù)獲取的流程如圖1所示。

圖1 智能無(wú)人機(jī)資源數(shù)據(jù)獲取流程圖

基于圖1所示的數(shù)據(jù)獲取流程，找出資源數(shù)據(jù)中最明顯的公共特征點(diǎn)，從而根據(jù)資源特征參數(shù)提取礦山工程測(cè)繪數(shù)字線(xiàn)數(shù)據(jù)，提取過(guò)程如下。

首先，假設(shè)礦山資源數(shù)據(jù)中有3個(gè)特征點(diǎn)，分別用q1、q2和q3表示，在一定區(qū)域內(nèi)，具體構(gòu)建尺度空間公式如下所示：

其中，G(x,y,δ)表示礦山資源數(shù)據(jù)內(nèi)的可變高斯函數(shù)；(x,y)表示礦山資源數(shù)據(jù)圖像內(nèi)的多維度空間坐標(biāo)；I表示礦山資源數(shù)據(jù)圖像內(nèi)的尺度空間因子。

其次，根據(jù)所構(gòu)建的尺度空間，采用層次分級(jí)方法對(duì)空間尺度向量進(jìn)行礦山工程測(cè)繪數(shù)字線(xiàn)數(shù)據(jù)提取，提取方程為：

其中，g表示礦山資源數(shù)據(jù)的兩個(gè)特征點(diǎn)之間的最短距離；k(x)表示數(shù)據(jù)邊緣特征向量集，從而實(shí)現(xiàn)礦山工程測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用效果。

2.2 礦山工程測(cè)繪中數(shù)字高程模型的構(gòu)建

礦山工程測(cè)繪的數(shù)字線(xiàn)數(shù)據(jù)提取為礦區(qū)的數(shù)字高程模型的構(gòu)建提供了全新思路，通過(guò)采用三維實(shí)景建模技術(shù)來(lái)構(gòu)建數(shù)字高程模型，從而更為準(zhǔn)確地進(jìn)行礦山工程測(cè)繪工作。

由于智能無(wú)人機(jī)進(jìn)行傾斜影像采集時(shí)，在融合邊緣處的性能比較弱，容易造成圖像邊緣模糊的情況，需要對(duì)拼接后的智能無(wú)人機(jī)傾斜影像進(jìn)行平滑處理。無(wú)人機(jī)傾斜影像的平滑處理方程為：

其中，fA(x,y)表示智能無(wú)人機(jī)圖像采集的像素點(diǎn)信息，fB(x,y)表示智能無(wú)人機(jī)圖像融合后的像素點(diǎn)信息，k1和k2表示平滑因子。

在實(shí)現(xiàn)圖像平滑處理的基礎(chǔ)上，采用三維實(shí)景建模技術(shù)構(gòu)建數(shù)字高程模型，在三維坐標(biāo)體系中，將礦山工程測(cè)繪資源特征點(diǎn)坐標(biāo)(xi,yi,zi)經(jīng)過(guò)平移和轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)移到統(tǒng)一坐標(biāo)系(xN,yN,zN)中，確定邊緣特征向量，得到礦山工程測(cè)繪中的數(shù)字高程模型，用向量進(jìn)行表示：

其中，fA(x,y,z)表示礦山工程測(cè)繪中三維高程參數(shù)。綜上所述分析，得到了礦山工程測(cè)繪中的數(shù)字高程模型，根據(jù)計(jì)算機(jī)終端所構(gòu)建的礦山測(cè)繪數(shù)字高程模型，能夠有效掌握目標(biāo)區(qū)域的實(shí)際環(huán)境情況，提高礦山測(cè)繪工作的能力水平，從而為礦山開(kāi)采工作做足準(zhǔn)備。

3 實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證智能無(wú)人機(jī)在礦山工程測(cè)繪技術(shù)中的應(yīng)用效果，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。以某地某礦山為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用本文方法進(jìn)行礦山工程測(cè)繪，得到所研究區(qū)域的三維實(shí)景建模分析統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

表1 研究區(qū)域三維實(shí)景建模分析統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表1所示的三維實(shí)景建模數(shù)據(jù)，運(yùn)用文獻(xiàn)[3]方法、文獻(xiàn)[4]方法和本文方法進(jìn)行礦山工程測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際效果，得到不同方法下的測(cè)繪準(zhǔn)確性對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 礦山工程測(cè)繪準(zhǔn)確性對(duì)比情況（%）

分析表2數(shù)據(jù)可知，本文方法進(jìn)行礦山工程測(cè)繪的準(zhǔn)確性較高，普遍在99%以上，明顯高于文獻(xiàn)[3]方法和文獻(xiàn)[4]方法的準(zhǔn)確性，這是由于本文在礦山工程測(cè)繪中運(yùn)用智能無(wú)人機(jī)進(jìn)行礦山資源數(shù)據(jù)的采集，智能無(wú)人機(jī)能夠從多角度進(jìn)行資源數(shù)據(jù)勘測(cè)，提高了礦區(qū)測(cè)繪的多面性，從而增強(qiáng)了礦山工程測(cè)繪的準(zhǔn)確性。由此可見(jiàn)，將智能無(wú)人機(jī)應(yīng)用到礦山工程測(cè)繪技術(shù)中能夠在一定程度上增強(qiáng)測(cè)繪效果。

分析數(shù)據(jù)可知，本文方法進(jìn)行礦山工程測(cè)繪的時(shí)間較短，明顯低于文獻(xiàn)[3]方法和文獻(xiàn)[4]方法的測(cè)繪時(shí)間，甚至比文獻(xiàn)[4]方法的測(cè)繪時(shí)間少了近兩倍，盡管隨著迭代次數(shù)的增加，有不同程度的時(shí)間延長(zhǎng)，但本文方法下的測(cè)繪時(shí)間普遍低于17s，由此可見(jiàn)，將智能無(wú)人機(jī)應(yīng)用到礦山工程測(cè)繪技術(shù)中具有一定的時(shí)效性，能夠提高礦山工程測(cè)繪水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文研究智能無(wú)人機(jī)在礦山工程測(cè)繪技術(shù)中的應(yīng)用，通過(guò)引入智能無(wú)人機(jī)技術(shù)，提高了礦山工程測(cè)繪技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用能力。通過(guò)對(duì)礦山工程測(cè)繪技術(shù)和礦山測(cè)繪要求以及智能無(wú)人機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行分析，說(shuō)明智能無(wú)人機(jī)應(yīng)用于測(cè)繪技術(shù)中的優(yōu)越性能；其次，采用智能無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行礦山數(shù)字線(xiàn)數(shù)據(jù)的提取，并根據(jù)數(shù)據(jù)提取結(jié)果，采用三維實(shí)景建模技術(shù)進(jìn)行數(shù)字高程模型的重建。