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        無人機傾斜攝影的露天煤礦開采區(qū)域劃定方法

        2023-10-14 02:52:56張禎巖
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2023年23期
        關(guān)鍵詞:煤礦區(qū)域方法

        張禎巖

        (內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)(集團)有限責(zé)任公司元寶山露天煤礦,內(nèi)蒙古 赤峰)

        引言

        露天煤礦開采區(qū)域的劃分通常是對可覆蓋范圍之內(nèi)的煤礦進行空間上的區(qū)域鎖定,為后續(xù)相關(guān)開采工作的執(zhí)行提供便利條件。初始的露天煤礦開采區(qū)域劃定結(jié)構(gòu)多為單向的,參考文獻設(shè)定[1]和文獻[2],設(shè)定傳統(tǒng)綜采工作面智能化煤礦開采區(qū)域劃定方法、傳統(tǒng)多參量煤礦開采區(qū)域劃定方法,這一類劃定方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的任務(wù)及目標,但是常常受到外部環(huán)境及特定因素的影響,導(dǎo)致最終得出的劃定結(jié)果出現(xiàn)誤差。為此提出對無人機傾斜攝影的露天煤礦開采區(qū)域劃定方法的設(shè)計與驗證分析。

        1 設(shè)計露天煤礦開采區(qū)域無人機傾斜攝影劃定方法

        1.1 煤礦開采區(qū)域劃定指標設(shè)定及數(shù)據(jù)采集

        利用協(xié)調(diào)映射算法的Delaunay 三邊界區(qū)域劃分結(jié)構(gòu),先在指定的總開采區(qū)域中設(shè)置對接點,分別布設(shè)在各個邊緣線之上,使用三角網(wǎng)格的限制方式,完成對開采區(qū)域的模糊劃分[3]。根據(jù)Eck 方法搭配無人機傾斜拍攝技術(shù),將設(shè)定的節(jié)點與Delaunay 三邊界區(qū)域?qū)狱c、無人機程序進行搭接,形成一個循環(huán)性的控制結(jié)構(gòu)。過程中使用三維虛擬處理技術(shù),在可控的區(qū)域之內(nèi)繪制三角網(wǎng)格,在劃分的模糊區(qū)域范圍之內(nèi),進行協(xié)調(diào)映射處理,并計算出模糊區(qū)域劃分的對偶值,具體如下公式(1)所示:

        根據(jù)表1,完成對初始數(shù)據(jù)項目采集的設(shè)定,營造穩(wěn)定的煤礦開采區(qū)域劃定環(huán)境,為后續(xù)工作的執(zhí)行提供參考依據(jù)。

        表1 初始數(shù)據(jù)項目采集設(shè)定表

        1.2 部署多目標開采區(qū)域劃定傾斜攝影邊界節(jié)點

        單向的煤礦開采區(qū)域劃定節(jié)點覆蓋范圍較小,導(dǎo)致區(qū)域劃定精度不高,影響后續(xù)的處理以及施工。結(jié)合無人機傾斜攝影技術(shù),進行多目標開采區(qū)域劃定傾斜攝影邊界節(jié)點的部署。利用InSAR 形變觀測方式,先明確劃定邊緣位置,并計算出區(qū)域劃定邊緣值[4],具體如下公式(2)所示:

        隨即,以此為基礎(chǔ),在區(qū)域范圍之內(nèi)設(shè)置多個區(qū)域劃定目標,在邊界位置安裝總控節(jié)點,對當(dāng)前部署的節(jié)點進行搭接與關(guān)聯(lián),進一步擴大實際的區(qū)域劃定范圍,實時監(jiān)測也可以幫助工作人員掌握最新的開采區(qū)域劃分數(shù)據(jù)信息,便于后續(xù)的開采與煤礦挖掘,降低整體的安全隱患,提升區(qū)域劃定效率。

        需要注意的是,無人機傾斜拍攝時,內(nèi)置的程序需要與地面設(shè)定的多目標邊緣節(jié)點建立對應(yīng)的匹配映射關(guān)系,這樣的形式可以更好地明確、掌握開采區(qū)域各個位置的變動情況以及開采進度,最大程度消除存在的區(qū)域劃定誤差,營造高效、協(xié)調(diào)的處理環(huán)境。此外,無人機傾斜攝影還可以保留各個周期的開采區(qū)域變動數(shù)據(jù)和信息,有利于后續(xù)相關(guān)工作的處理和執(zhí)行,具有實踐意義。

        1.3 構(gòu)建無人機傾斜攝影開采區(qū)域劃定模型

        無人機傾斜攝影對于煤礦開采區(qū)域的劃定較為靈活,能夠自動調(diào)節(jié)實際的虛擬拍攝劃定角度,自動采集實時數(shù)據(jù)以及信息,具有效率高、不受空間高度限制等特點。因此,結(jié)合無人機傾斜攝影技術(shù),構(gòu)建交互處理模型[5]。首先,制定一個基礎(chǔ)的測繪標準,調(diào)整無人機傾斜拍攝的曝光時間、拍照平面水平位置、飛行高度、飛行姿態(tài)等。在可控的初始模型之中設(shè)定一個傳感裝置,與傾斜拍攝程序建立映射聯(lián)系,調(diào)整攝影劃定數(shù)值,如表2 所示。

        表2 無人機傾斜攝影開采區(qū)域劃定數(shù)值表

        根據(jù)表2,完成對無人機傾斜攝影開采區(qū)域劃定數(shù)值的設(shè)置與調(diào)整。接下來,利用模型對基礎(chǔ)的劃定點進行標記,具體如圖1 所示:

        圖1 無人機傾斜攝影煤礦開采區(qū)域標點圖示

        根據(jù)圖1,完成對無人機傾斜攝影煤礦開采區(qū)域標點的設(shè)置,以此為基礎(chǔ),明確具體的開采劃定區(qū)域,構(gòu)建對應(yīng)的煤礦開采區(qū)域劃定流程,如圖2 所示。

        圖2 無人機傾斜攝影開采區(qū)域劃定模型執(zhí)行流程圖

        依據(jù)圖2,實現(xiàn)對無人機傾斜攝影開采區(qū)域劃定模型執(zhí)行流程的設(shè)計與實踐應(yīng)用,結(jié)合無人機拍攝獲取的基礎(chǔ)數(shù)值以及信息,進行開采區(qū)域點位的鎖定及區(qū)域邊緣的劃分,形成模糊的劃定結(jié)果,完成這一環(huán)節(jié)的區(qū)域劃定處理整合。

        1.4 網(wǎng)格簡化處理實現(xiàn)區(qū)域劃定

        網(wǎng)格簡化處理實際上是一種多維定向的區(qū)域劃分技術(shù),一般多針對大規(guī)模的區(qū)域劃定,結(jié)合上述設(shè)計的無人機傾斜攝影區(qū)域劃定模型,進行范圍的細化明確。利用網(wǎng)格化的方式,將礦山的開采區(qū)域均等劃分,在核心位置設(shè)置一個輔助坐標,標定出核心的點位,具體如圖3 所示。

        圖3 網(wǎng)格簡化處理結(jié)構(gòu)圖示

        根據(jù)圖3,完成對網(wǎng)格簡化處理結(jié)構(gòu)的設(shè)計,隨即,利用無人機傾斜攝影技術(shù),對各個區(qū)域的煤礦開采狀態(tài)進行獲取分析,測定出區(qū)域劃定的真實性與合理性,與模型輸出的模糊結(jié)果進行比對,確保劃定效果。

        2 方法測試

        2.1 測試準備

        選定G 露天煤礦作為測試的主要目標對象,設(shè)定傳統(tǒng)綜采工作面智能化煤礦開采區(qū)域劃定測試組、傳統(tǒng)多參量煤礦開采區(qū)域劃定測試組以及本文方法測試組。結(jié)合無人機傾斜攝影技術(shù),對選定的G 露天煤礦開采區(qū)域劃定方法測試環(huán)境關(guān)聯(lián)與搭建。該工程的規(guī)模相對較大,煤礦核定能力為125 Mt/a,礦井面設(shè)置32.48 km2。地面可控的標高為+ 167 ~+ 4 200 m 之間,煤礦工程為露天開采類型,方向較為繁雜。所以,為確保最終測試結(jié)果的真實合理,需要明確煤礦實際的覆蓋開采面積,選定5 個大區(qū)測定,每一個區(qū)域均需要部署一定數(shù)量的監(jiān)測節(jié)點,便于實時數(shù)據(jù)以及信息的匯總整合。

        2.2 測試過程及結(jié)果分析

        在上述設(shè)計的測試環(huán)境之中,結(jié)合無人機傾斜攝影技術(shù),對選定的G 露天煤礦開采區(qū)域劃定方法進行測定與驗證分析。首先,結(jié)合當(dāng)前的煤礦開采進度,對基礎(chǔ)的劃定區(qū)域作出標定,利用無人機對該區(qū)域進行三維性掃描,獲取初始的測定數(shù)據(jù)以及信息,匯總整合之后,以待后續(xù)的使用。進行無人機基礎(chǔ)控制數(shù)值設(shè)置,如表3 所示。

        表3 無人機基礎(chǔ)控制數(shù)值設(shè)定表

        根據(jù)表3,完成對無人機基礎(chǔ)控制數(shù)值的設(shè)定。隨即,明確煤礦開采的核心位置標點,利用無人機進行傾斜定位的搭建關(guān)聯(lián),接收對應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)值,對選定的5 個區(qū)域進行覆蓋性識別處理,同時計算出開采區(qū)域劃定STD 值,具體如下公式(3)所示:

        根據(jù)圖4,完成對測試結(jié)果的分析:對比于傳統(tǒng)綜采工作面智能化煤礦開采區(qū)域劃定測試組、傳統(tǒng)多參量煤礦開采區(qū)域劃定測試組,此次所設(shè)計的無人機傾斜攝影露天煤礦開采區(qū)域劃定測試組最終得出的開采區(qū)域劃定STD 值被較好地控制在2.35 以下,說明在無人機傾斜攝影技術(shù)的輔助下,當(dāng)前對于煤礦開采區(qū)域的劃定更為精準,誤差可控,具有實際的應(yīng)用價值。

        圖4 測試結(jié)果對比分析圖示

        結(jié)束語

        綜合上述分析,便是對無人機傾斜攝影的露天煤礦開采區(qū)域劃定方法的設(shè)計與驗證分析,與初始的煤礦開采區(qū)域劃定形式相比對,此次結(jié)合無人機傾斜攝影技術(shù),所構(gòu)建的開采區(qū)域劃定整體結(jié)構(gòu)相對更加靈活、多變,自身具有較強的針對性,在面對不同的煤礦開采背景時,通過無人機傾斜攝影技術(shù),可以精準定位當(dāng)前的區(qū)域劃分點位,增加劃定的合理性與穩(wěn)定性,促使各個區(qū)域建立實踐應(yīng)用聯(lián)系利用SURFER軟件與AutoCAD 輔助標定,提升實測劃定效果,滿足煤礦開采工作要求的同時,營造更加真實、可靠的施工建設(shè)環(huán)境,提高經(jīng)濟效益。

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