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        低空無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山測繪中的運(yùn)用探討

        2024-12-31 00:00:00崔熙玉
        現(xiàn)代鹽化工 2024年5期
        關(guān)鍵詞:低空遙感技術(shù)礦區(qū)

        摘要:一體化、重復(fù)性是礦山測量工作的重要特征,因此需要依托各種科技手段強(qiáng)化礦山測繪質(zhì)量。隨著我國科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山測繪領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其優(yōu)勢彰顯了在新形勢下,傳統(tǒng)測繪技術(shù)存在的弊端被無人機(jī)遙感技術(shù)一一攻克,為礦山測繪打開了新篇章。因此,主要就無人航測手段的概念以及應(yīng)用方式進(jìn)行探討,旨在加快礦山測繪的革新步伐,滿足新時(shí)代背景下各種礦山測繪需求,為礦山開發(fā)與利用提供一些有益參考和建議。

        關(guān)鍵詞:低空無人機(jī);遙感技術(shù);礦山測繪;實(shí)踐應(yīng)用1無人機(jī)遙感技術(shù)概述

        無人機(jī)遙感技術(shù)是一個(gè)新興技術(shù),對(duì)于傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感方法而言,它的兼容性、擴(kuò)展性更強(qiáng),是集定位系統(tǒng)、通信信息技術(shù)、飛行器信息技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)。衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠不受大氣環(huán)境、周圍地形的影響,連續(xù)且全面地實(shí)施檢測,因此獲得的數(shù)據(jù)更宏觀、視野更廣闊;同時(shí),低空無人機(jī)航拍具有準(zhǔn)確性高、物理分辨率強(qiáng)等特點(diǎn),不僅有效減少氣象干擾,還能夠獲得分辨率較高的圖像,為后續(xù)礦山測繪提供有力支持。由此可見,無人機(jī)遙感技術(shù)具備操作周期短、簡單快捷、靈活機(jī)動(dòng)等特點(diǎn),極大地填補(bǔ)了航空攝影檢測的空缺,使航測設(shè)備得到更新與升級(jí),賦予航空遙感行業(yè)強(qiáng)烈的科技感。

        采礦航測的價(jià)值、意義在于它能夠采集到關(guān)于礦山的各類自然資源布局情況以及各類礦山位置、地形等信息,然后通過計(jì)算和具體調(diào)查研究,推算出有意義的數(shù)據(jù),這對(duì)了解我國各個(gè)地域的礦產(chǎn)資源使用現(xiàn)狀、布局分布意義非凡,為決策管理提供科學(xué)保障。無人機(jī)航測系統(tǒng)的卓越性主要依托各種先進(jìn)設(shè)備與系統(tǒng)集成化,包括大數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、成像技術(shù)、無人駕駛飛機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)以及GPS定位通信系統(tǒng)等??刂七b感儀器,可以詳細(xì)記錄下各項(xiàng)遙感圖像信息,為建模奠定基礎(chǔ),進(jìn)而進(jìn)行分析應(yīng)用[1]。

        2低空無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山測繪中的實(shí)踐應(yīng)用2.1空中三角影像測量的技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

        應(yīng)用低空無人機(jī)遙感技術(shù),需要設(shè)置4個(gè)控制點(diǎn),使其形成空中三角影像測量。就固定坐標(biāo)系而言,分布的控制點(diǎn)主要用于各種坐標(biāo)的評(píng)估與計(jì)算,使外業(yè)工作量趨于平衡。以下對(duì)具體操作過程進(jìn)行詳細(xì)說明:

        首先,控制點(diǎn)的布設(shè)與選取應(yīng)依據(jù)視野開闊、位置穩(wěn)定的原則,防止采集到的數(shù)據(jù)受植被遮擋、地形起伏而影響其精準(zhǔn)性。然后,定位控制點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行高精度測量,可以采用高精度測繪儀器,如全站儀、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)等,以此獲得三維坐標(biāo)。接下來,利用慣性測量單元(IMU)和GNSS接收器結(jié)合低空無人機(jī)飛過的像控點(diǎn),詳細(xì)記錄飛行姿態(tài)與軌跡參數(shù)。這一步驟旨在為后續(xù)正射影像圖、數(shù)字高程模型的構(gòu)建提供數(shù)據(jù)支撐。

        在平差結(jié)算攝影與數(shù)字模型構(gòu)建過程中,遙感圖像的外方位元素來源于參考各項(xiàng)控制點(diǎn)參數(shù)。具體而言,對(duì)無人機(jī)中的影像進(jìn)行拼接與匹配,通過光速法平差技術(shù),利用攝影測量軟件生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)。繼而,將像控點(diǎn)與地面控制點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,以校正、處理點(diǎn)云數(shù)據(jù),提高外方位元素的準(zhǔn)確度,進(jìn)一步推進(jìn)空中三角測量機(jī)制的形成。

        2.2DLG量測的技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

        在礦山測繪過程中,DLG(Digital Line Graph)量測有助于提高采礦航測的效率與精度。具體操作如下:

        首先,在開展測繪工作的前期階段,需要全面測繪礦山路線,從高到低確定礦山路線等級(jí),依次劃分主干道與次干道,為后期測繪工作做鋪墊。這一步驟涉及合理規(guī)劃航線,確保整個(gè)礦山區(qū)域均被無人機(jī)覆蓋,同時(shí)規(guī)避線路通行不閉合的現(xiàn)象。同時(shí),無人機(jī)低空航拍時(shí),礦區(qū)地表影像通過飛機(jī)攜帶的高分辨率攝像設(shè)備記錄,需要確保重疊度,以幫助提高空中三角測量的精確度[2]。

        其次,礦山測繪時(shí),電線塔位置是基于高程層面從高到低確定的,同時(shí)繪制等高線,使測繪工作精細(xì)化、系統(tǒng)化??梢岳玫涂諢o人機(jī)采集、分析三維模型、遙感影像中的高程數(shù)據(jù),以此推算出具體的電線塔位置,并搭配三角測量法,提高電線塔位的精度。為了繪制合理的等高線間距,可以利用GIS(地理信息系統(tǒng))生成三維地形模型,以此演練出等高線間距。這一步驟有利于繪制出精準(zhǔn)的地形起伏情況,尤其是坡度較大或陡崖處,使礦區(qū)地形特征一覽無余。值得一提的是,在繪制過程中,陡崖、曲線路段等特殊地形測繪難度較大,應(yīng)引入曲線插入測量法,需要注意曲線插入的準(zhǔn)確性,用以規(guī)避空白區(qū)域出現(xiàn)在測區(qū)范圍內(nèi)。

        對(duì)于測繪圖幅接邊問題,可以通過安裝大量矢量文件進(jìn)行優(yōu)化,以形成立體接邊,這樣有助于保障數(shù)據(jù)的連貫性、完整性。具體而言,建立矢量文件數(shù)據(jù)庫,包括建筑物、河流、道路等矢量數(shù)據(jù),需要確保格式與系統(tǒng)一致。然后通過GIS軟件拼接各種圖幅的矢量文件,最終以完整測繪圖的形式呈現(xiàn)。如果出現(xiàn)接邊處地物特征與每一個(gè)圖幅存在差異,說明存在重疊或錯(cuò)位的現(xiàn)象,應(yīng)不斷校正矢量數(shù)據(jù),優(yōu)化接邊效果,使整體測繪圖幅更生動(dòng)、立體。還可以設(shè)計(jì)屬性編碼嵌入到矢量數(shù)據(jù)當(dāng)中,注意一個(gè)屬性編碼對(duì)應(yīng)一個(gè)地物特征,具備唯一性,方便后期分析、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),同時(shí)提高測繪數(shù)據(jù)的安全性與實(shí)用性。

        2.3礦山土地復(fù)墾的技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

        低空無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山土地復(fù)墾中起到積極作用。該技術(shù)的應(yīng)用推進(jìn)了航空攝影測量新進(jìn)程。首先,設(shè)計(jì)規(guī)劃數(shù)字正射影像圖是關(guān)鍵一步,這一過程涉及低空無人機(jī)遙感技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢,如高清影像圖、人工無法勘測區(qū)域等,這些優(yōu)勢為提升項(xiàng)目的準(zhǔn)確性與精細(xì)度創(chuàng)造有利條件。

        具體而言,在短時(shí)間內(nèi)通過低空無人機(jī)遙感技術(shù)采集航空影像,經(jīng)過處理,這些高分辨率影像能夠轉(zhuǎn)化成數(shù)字正射影像圖(DOM)。為了確保測繪精度,可以引入地面控制點(diǎn)(GCPs)進(jìn)行調(diào)整。處理數(shù)據(jù)時(shí),可以采用Agisoft Metashape或Pix4D等圖像處理軟件進(jìn)行整合,使影像的幾何精度得到有效提升。對(duì)于影像的處理,其核心在于生成具備一致性且精度更高的正射影像圖,在這一步驟中,可以采用光束法平差(Bundle Adjustment)技術(shù)促進(jìn)具象化影像數(shù)據(jù)的形成[3]。

        其次,測繪實(shí)施過程中,應(yīng)將數(shù)字高程模型(DEM)和DOM的成果充分利用起來。其中,地形和數(shù)據(jù)由DEM生成;礦區(qū)表面信息由DOM提供。有機(jī)結(jié)合這些數(shù)據(jù)參數(shù),能夠更有針對(duì)性、系統(tǒng)地分析礦區(qū)地形。例如,進(jìn)行挖填方計(jì)算時(shí),不同區(qū)域因地形差異存在高程變化,因此很難計(jì)算出準(zhǔn)確的挖填方量。基于此,在DEM數(shù)據(jù)框架下分析地形剖面,可以識(shí)別每一個(gè)區(qū)域的高程態(tài)勢,為土方工程量的計(jì)算提供參考依據(jù)。這樣,不僅能夠獲得準(zhǔn)確的土方數(shù),對(duì)工程預(yù)算控制更是貢獻(xiàn)了一份綿薄之力。

        由此可見,低空無人機(jī)遙感技術(shù)彌補(bǔ)了GPSRTK設(shè)備與全站儀的不足,不管是復(fù)墾前還是復(fù)墾后,均可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測地形資料,并實(shí)時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場勘測,確保礦區(qū)土地與最終獲得數(shù)據(jù)高度一致。需要注意的是,低空無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用,測繪拍攝范圍不得少于150 km2,且以測繪礦區(qū)為中心環(huán)繞飛行。確保各種影像資料保留不得少于7天。另外,測繪工作的技術(shù)優(yōu)勢還體現(xiàn)在像控點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取過程中,因?yàn)樯婕暗臏y繪技術(shù)內(nèi)容需要運(yùn)用影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,彰顯了低空無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山測繪中的重要性[4]。

        2.4礦區(qū)災(zāi)害監(jiān)測的實(shí)踐應(yīng)用

        地質(zhì)災(zāi)害在礦區(qū)屢見不鮮,包括塌陷、滑坡等。無人機(jī)在監(jiān)測過程中表現(xiàn)出優(yōu)越性。首先,利用搭載著高光譜相機(jī)的無人機(jī)深入災(zāi)害區(qū)域測繪,通過收集波段上每個(gè)區(qū)域反射特性,判斷是否存在地質(zhì)災(zāi)害,包括溫度、巖土成分變化等,以識(shí)別災(zāi)害嚴(yán)重程度。與此同時(shí),借助無人機(jī)激光雷達(dá)設(shè)備測量礦區(qū)地形,構(gòu)建數(shù)字高程模型,從而生成災(zāi)害報(bào)告,對(duì)沉降情況、滑坡體積、地形變化進(jìn)行詳細(xì)說明,補(bǔ)充了光學(xué)影像的不足,如被植被覆蓋、陰影區(qū)域,使地形信息趨于完整。

        具體而言,采集到激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及高光譜數(shù)據(jù)后,對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。首先,將航拍影像拼接完整,再通過點(diǎn)云處理軟件處理激光雷達(dá)數(shù)據(jù),包括建模、分類、濾波等,由此推進(jìn)三維地形模型的形成。接著,解譯、分類高光譜數(shù)據(jù),從中尋找地質(zhì)特征差異,這一步驟涉及高光譜分析軟件的應(yīng)用。反復(fù)分析這些處理好的數(shù)據(jù),能夠明確災(zāi)害影響程度與范圍,進(jìn)而推算出塌陷的面積、深度,以及滑坡體積。同時(shí),比對(duì)各個(gè)時(shí)段的地形數(shù)據(jù),如災(zāi)前、災(zāi)后等,能夠洞察地表變化規(guī)律、災(zāi)害對(duì)環(huán)境的影響。在此背景下,基于災(zāi)害報(bào)告與評(píng)估結(jié)果,為應(yīng)急預(yù)案的制定提供更多可行性。例如,編制合理的救援方案,涉及資源分配、劃定危險(xiǎn)區(qū)域、規(guī)劃救援路徑等,同時(shí)提供防災(zāi)建議,包括排水措施、邊坡滑坡加固等,避免相同災(zāi)害再次發(fā)生。在此期間,定期巡航是無人機(jī)的主要任務(wù),旨在實(shí)時(shí)采取最新數(shù)據(jù),如環(huán)境數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等,通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測地質(zhì)隱患與災(zāi)后恢復(fù)情況,可以及時(shí)調(diào)整防范措施、預(yù)警閾值,這種預(yù)防性手段推進(jìn)了災(zāi)害應(yīng)急長效機(jī)制的形成[5]。

        3結(jié)論

        無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用展現(xiàn)了其顯著的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。無論是在空中三角影像測量、DLG測量、礦山土地復(fù)墾,還是礦區(qū)災(zāi)害監(jiān)測方面,無人機(jī)遙感技術(shù)都發(fā)揮了其高效、準(zhǔn)確、靈活的優(yōu)勢,為礦山測繪提供了更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和更精細(xì)的分析工具。未來,伴隨大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展,再結(jié)合低空無人機(jī)遙感技術(shù),必將為礦山測繪及相關(guān)領(lǐng)域帶來更多創(chuàng)新和突破,進(jìn)一步促進(jìn)礦山資源的科學(xué)管理與可持續(xù)利用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]簡陳晨.無人機(jī)遙感測繪技術(shù)在礦山地質(zhì)測繪中的應(yīng)用[J].世界有色金屬,2023(21):1012.

        [2]黃翔濤,丁榮興.低空無人機(jī)遙感技術(shù)及其在礦山測繪中的應(yīng)用[J].江西測繪,2021(2):1619.

        [3]陳帥.低空無人機(jī)遙感技術(shù)及其在某鋁土礦山測繪中的應(yīng)用[D].長沙:長沙理工大學(xué),2017.

        [4]陳明.淺析無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)在地質(zhì)測繪中的運(yùn)用[J].西部資源,2022(2):9596,99.

        [5]李潔,侯威震.無人機(jī)低空遙感在礦山測量中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代鹽化工,2022,49(3):9293.

        作者簡介:崔熙玉,男,山東諸城人,測繪工程師,本科,從事測繪工程與管理工作。

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