余大偉

（湖北三鑫金銅股份有限公司，湖北大冶 435100）

0 引言

無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展為各種地質(zhì)勘查、工程測(cè)量工作提供了極大的便利，在具體的應(yīng)用中，先設(shè)置好無(wú)人機(jī)的航測(cè)路線(xiàn)，然后矯正測(cè)量的數(shù)據(jù)，可以快速地對(duì)礦區(qū)工程進(jìn)行測(cè)量，提高測(cè)量的效率。同時(shí)，無(wú)人機(jī)還具有出現(xiàn)故障后自動(dòng)返航的功能，在使用時(shí)可以減少損失，在礦區(qū)工程測(cè)量中的應(yīng)用較為廣泛。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 作業(yè)效率高

礦山的環(huán)境較為復(fù)雜，如果用傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，則需要克服較多的困難，不僅對(duì)測(cè)量設(shè)備以及測(cè)量技術(shù)有較高的要求，而且測(cè)量的工作效率較低。在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)測(cè)量礦區(qū)時(shí)，無(wú)論是多么復(fù)雜的環(huán)境，都可以將礦區(qū)的環(huán)境記錄下來(lái)，既能保證測(cè)量結(jié)果的精確性，又可以較為靈活地對(duì)礦區(qū)進(jìn)行全面、具體、詳細(xì)的測(cè)量，獲取有效的土地?cái)?shù)據(jù)信息，從而為工程建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。目前無(wú)人機(jī)技術(shù)得到了快速發(fā)展，續(xù)航短的問(wèn)題也在逐步解決，應(yīng)用無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行持續(xù)的測(cè)量，提升整體的測(cè)量效率。

1.2 運(yùn)行成本低

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量的成本較低。從設(shè)備的成本角度看，與大型飛機(jī)相比，在開(kāi)展同一個(gè)測(cè)量任務(wù)時(shí)，無(wú)人機(jī)的造價(jià)成本更低，消耗的能源更少，同時(shí)維護(hù)的成本更低，因此無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的使用成本較低。從數(shù)據(jù)信息的獲取上看，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的測(cè)量時(shí)效性更強(qiáng)，能夠快速獲取相關(guān)的測(cè)量信息，省去傳統(tǒng)測(cè)量的流程和時(shí)間因此應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)更經(jīng)濟(jì)。

1.3 起、落靈活

無(wú)人機(jī)的體型較小，只需要一小塊平整的空地就可以實(shí)現(xiàn)快速起飛與降落，它不像大型飛機(jī)需要特定的停、落場(chǎng)地，因此在起飛、降落以及對(duì)航線(xiàn)的調(diào)整上都比較方便。同時(shí)無(wú)人機(jī)在工作的時(shí)候是低空作業(yè)，環(huán)境以及氣候?qū)ζ涞挠绊戄^小，操作也較為靈活。而且隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其續(xù)航能力在不斷提升，應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離的測(cè)量，測(cè)量的范圍不斷擴(kuò)大，在應(yīng)用的時(shí)候更加靈活、方便。

1.4 安全系數(shù)高

在以前的礦山工程測(cè)量時(shí)，由于技術(shù)的落后，以及設(shè)備使用的要求，在測(cè)量的時(shí)候需要大量人工操作，但是礦區(qū)的環(huán)境較為復(fù)雜，測(cè)量人員在使用設(shè)備對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，可能會(huì)存在較多的安全隱患，對(duì)人員與設(shè)備的安全構(gòu)成了較大的威脅[1]。應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量，不需要測(cè)量人員直接參與測(cè)量，只需要操作無(wú)人機(jī)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量，而且無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和自主返航，無(wú)論是人員還是無(wú)人機(jī)設(shè)備的安全性都有了保證，避免在測(cè)量過(guò)程中遭受到損失。

1.5 運(yùn)輸便利

無(wú)人機(jī)是一種高度集成的設(shè)備，體型較小，只需要占用較小的空間，而且由于其使用的材料較輕，整體的重量并不是很重，在運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候比較方便，可以應(yīng)用各種交通工具進(jìn)行運(yùn)輸，為測(cè)量工作提供了便利。在對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員可以應(yīng)用常規(guī)的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸無(wú)人機(jī)，既能節(jié)省運(yùn)輸?shù)某杀荆材軌蚍奖闳藛T開(kāi)展工作，對(duì)礦山工程的測(cè)量工作有積極的影響。圖1為航測(cè)作業(yè)中的無(wú)人機(jī)。

圖1 航測(cè)作業(yè)中的無(wú)人機(jī)

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在礦山工程測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 無(wú)人機(jī)航線(xiàn)的設(shè)計(jì)

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行工程測(cè)量之前，需要設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)的航測(cè)路線(xiàn)，應(yīng)將礦區(qū)實(shí)際測(cè)量區(qū)域的地圖作為航測(cè)路線(xiàn)設(shè)計(jì)的依據(jù)，確保航測(cè)路線(xiàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，保證測(cè)量工作順利進(jìn)行。在具體的設(shè)計(jì)中，首先，應(yīng)根據(jù)測(cè)量區(qū)域?qū)嶋H的地形、地貌特征，將測(cè)量區(qū)域的坐標(biāo)設(shè)置好，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、天氣情況等，確定好無(wú)人機(jī)飛行路線(xiàn)及飛行方向。這樣不僅能夠保證無(wú)人機(jī)測(cè)量時(shí)的設(shè)備安全性與穩(wěn)定性，還能夠確保測(cè)量時(shí)不會(huì)出現(xiàn)遺漏，而是與旁向相互重疊。其次，要合理選擇測(cè)量的區(qū)域，保證測(cè)量的效率和測(cè)量的有效性。一般測(cè)量人員會(huì)選擇縱向交叉布置的方式確定測(cè)量的區(qū)域，這樣可以避免出現(xiàn)遺漏或重復(fù)測(cè)量，保證測(cè)量的科學(xué)性。再次，設(shè)置無(wú)人機(jī)的航測(cè)方向以及航測(cè)路線(xiàn)時(shí)，需要控制設(shè)置的參數(shù)，要根據(jù)具體測(cè)量要求提前做好設(shè)置，保證在各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置之后無(wú)人機(jī)能夠自動(dòng)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量，確保測(cè)量的有效性。最后，測(cè)量人員要隨時(shí)關(guān)注無(wú)人機(jī)的電量使用情況，在測(cè)量過(guò)程中如果出現(xiàn)了故障，要及時(shí)更換電池或者采取有針對(duì)性的解決措施，保證航測(cè)工作的順利進(jìn)行[2]。

2.2 無(wú)人機(jī)航測(cè)的聯(lián)合平差

在應(yīng)用傳統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，對(duì)傾斜攝影的數(shù)據(jù)處理并不恰當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致傾斜攝影的數(shù)據(jù)在實(shí)際的應(yīng)用中可能會(huì)存在一定的偏差，對(duì)后續(xù)的工程活動(dòng)造成一定的影響。在應(yīng)用無(wú)人機(jī)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)對(duì)圖像的遮擋關(guān)系以及幾何變化有一定的認(rèn)識(shí)，如果礦產(chǎn)資源掩藏在建筑物下面或植被下，也能夠被偵測(cè)出來(lái)，并正確地測(cè)量出礦產(chǎn)的實(shí)際位置。在實(shí)際的測(cè)量中，結(jié)合POS系統(tǒng)的外方位元素，對(duì)圖像采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每級(jí)影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動(dòng)匹配和自由網(wǎng)光束法平差，保證同名點(diǎn)的匹配結(jié)果能夠達(dá)到理想的效果。利用測(cè)量元素和外方元素相結(jié)合的方式，使勘測(cè)的結(jié)果更加精確，從而準(zhǔn)確找出礦產(chǎn)資源的實(shí)際位置，保證測(cè)量工作的準(zhǔn)確性。

2.3 無(wú)人機(jī)航測(cè)的拍攝測(cè)量

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行礦區(qū)的測(cè)量時(shí)，最重要的工作環(huán)節(jié)就是無(wú)人機(jī)的攝影，在這一環(huán)節(jié)，無(wú)人機(jī)在需要借助遙感技術(shù)以及GPS定位技術(shù)控制飛行方向以及拍攝的時(shí)間[3]。在具體的測(cè)量中，測(cè)量人員一般會(huì)讓無(wú)人機(jī)在像控點(diǎn)的位置進(jìn)行多次拍攝，這樣是為了調(diào)整相機(jī)的拍攝參數(shù)，使其能夠拍攝到足夠清晰的圖像，方便測(cè)量人員分析測(cè)量的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的工作提供便利。無(wú)人機(jī)航測(cè)需要利用航空攝影技術(shù)，因此需要在拍攝之前利用拍攝到的圖像確定地面坐標(biāo)，同時(shí)還要有能被準(zhǔn)確識(shí)別的地面控制點(diǎn)。GPS測(cè)量系統(tǒng)可以直接在進(jìn)行圖像測(cè)量時(shí)得到外方位元素，無(wú)須設(shè)置地面控制點(diǎn)。但是，在實(shí)際的作業(yè)中，為保證拍攝圖像的精度，仍然需要在地面設(shè)置幾個(gè)控制點(diǎn)，根據(jù)地面的控制點(diǎn)，利用外業(yè)儀器測(cè)量控制點(diǎn)的坐標(biāo)以及高程，從而測(cè)繪圖像。

2.4 旋翼無(wú)人機(jī)三維測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)還可以采用三維測(cè)量技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)比垂直測(cè)量和傾斜測(cè)量具有更大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用旋翼無(wú)人機(jī)搭載多個(gè)鏡頭對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)重疊影像拍攝，最大的重疊度可以達(dá)到70%，提升無(wú)人機(jī)建模的準(zhǔn)確性[4]。在測(cè)量的過(guò)程中，可以將系統(tǒng)分辨率的參數(shù)設(shè)置為5 cm，這樣無(wú)人機(jī)在測(cè)量時(shí)就可以選擇自動(dòng)模式，并計(jì)算鏡頭的位置，確定所有的位置關(guān)系都較為合理，從而對(duì)礦區(qū)進(jìn)行三維測(cè)量，建立礦區(qū)的三維模型，在建模的時(shí)候應(yīng)使用云片進(jìn)行加載建模，最后就可以利用三維建模分析數(shù)字影像。在應(yīng)用旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行三維測(cè)量的時(shí)候，應(yīng)確定測(cè)量區(qū)域的面積、高度等數(shù)值，同時(shí)要集成二維數(shù)據(jù)，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，從而反映出三維數(shù)據(jù)。要想測(cè)量礦區(qū)的邊坡、邊界，就需要站在立體的視角中對(duì)礦區(qū)的頂部以及底部的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而構(gòu)建礦區(qū)的立體模型。要想展現(xiàn)礦區(qū)工程建設(shè)的全貌以及規(guī)劃的情況，就需要從不同角度對(duì)待測(cè)的區(qū)域進(jìn)行拍攝，反映待測(cè)區(qū)域所有方向上的特征，為后續(xù)的工程建設(shè)提供全面的數(shù)據(jù)支持。圖2為應(yīng)用無(wú)人機(jī)三維測(cè)量技術(shù)對(duì)某礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)生成的三維模型，這個(gè)模型為后續(xù)的工程開(kāi)展提供參考。

圖2 無(wú)人機(jī)三維測(cè)量生成的三維模型

2.5 分析與評(píng)定無(wú)人機(jī)航測(cè)加密結(jié)果精度和采集精度

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要分析與評(píng)定采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的精度，這樣才能夠保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保礦區(qū)工程建設(shè)的科學(xué)性。在具體的評(píng)定過(guò)程中，測(cè)量人員可以應(yīng)用空中三角測(cè)量技術(shù)，這種技術(shù)可以提升無(wú)人機(jī)航測(cè)的精度，減少誤差，對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展具有積極的影響。在應(yīng)用數(shù)碼相機(jī)對(duì)一些面積較小的控制點(diǎn)進(jìn)行拍攝時(shí)，能夠獲取的數(shù)據(jù)信息有限，需要利用外方位元素和加密點(diǎn)的坐標(biāo)，否則無(wú)法計(jì)算各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息[5]。如果提取到的信息較少，計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差，就需要運(yùn)用空中三角的測(cè)量技術(shù)，利用專(zhuān)門(mén)的計(jì)算軟件計(jì)算獲取的數(shù)據(jù)，確保各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。在計(jì)算結(jié)果出來(lái)以后，測(cè)量人員還要對(duì)比分析結(jié)果，從而確定連接點(diǎn)的最大誤差與最小誤差。

2.6 無(wú)人機(jī)航測(cè)對(duì)礦區(qū)環(huán)境的監(jiān)測(cè)

目前我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)愈發(fā)重視，在開(kāi)展礦區(qū)工程建設(shè)的時(shí)候，也更加關(guān)注礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展以及對(duì)礦區(qū)環(huán)境的保護(hù)，因此，在對(duì)礦區(qū)進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)還需要對(duì)礦區(qū)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證在工程建設(shè)的過(guò)程中減少或杜絕對(duì)礦區(qū)環(huán)境的破壞。在以前，人們通常以人工的方式對(duì)礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這種方式不僅需要大量勞動(dòng)力，同時(shí)監(jiān)測(cè)效率較低，對(duì)礦區(qū)的保護(hù)不力。應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可以利用遙感成像技術(shù)，對(duì)礦區(qū)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，監(jiān)控突發(fā)事件，調(diào)查環(huán)境污染。例如，在某礦區(qū)地表塌陷的監(jiān)測(cè)中，利用高分率的遙感影像技術(shù)對(duì)礦區(qū)地表塌陷變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以進(jìn)行地表裂隙的解譯、塌陷移動(dòng)規(guī)律的分析以及塌陷量的計(jì)算。在測(cè)量結(jié)果中，可以顯示出地表裂隙的深度，同時(shí)計(jì)算機(jī)可以根據(jù)光譜、延長(zhǎng)線(xiàn)以及緊密閾值規(guī)律快速識(shí)別煤礦塌陷區(qū)裂縫。此外，無(wú)人機(jī)還可以搭載多光譜的傳感器監(jiān)測(cè)礦區(qū)的植被，對(duì)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境以及工程建設(shè)的情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而確保礦區(qū)被合理地開(kāi)發(fā)。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)應(yīng)用到多種現(xiàn)代的技術(shù)，如遙感影像技術(shù)、GPS定位技術(shù)、三維建模技術(shù)以及三角測(cè)量技術(shù)等，這些技術(shù)的發(fā)展為無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)的水平提升有積極的作用。因此，我國(guó)應(yīng)重視相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，不斷推動(dòng)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展，保證礦區(qū)工程測(cè)量的精度與準(zhǔn)確性。