无人机航测技术在矿山工程测量中的应用

李维松

摘 要：现代科学技术的发展，极大地推动了社会经济的不断进步，同时改变了很多领域工作与生产的方式，以往需要耗费大量人力物力的目标通过现代的科学技术手段很轻松就可以实现，在当今社会中科学技术正在转化为巨大的生产力造福人类社会。矿山的工程测量属于传统的测量领域，在以往的工程测量中受到的限制是比较多的，同时效率也比较低下，但是现代无人机技术的出现，在很大程度上改变了矿山工程测量的现状，借助现代的无人机技术可以轻松实现多种地貌的工程测量，测量的成本也相对较低，因此在目前的矿山工程测量中得到了较为广泛的运用。

关键词：无人机航测技术;矿山;工程测量;应用

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0079-02

0 引言

现代社会发展的重要推动力就是科技，现代国家之间的竞争实际上就是科技的竞争，现代诸多领域的发展也需要科技来推动，近些年来，我国的科技水平有了一个比较大的进步，以往停留在理论阶段的科技成果已经转化为现实的生产力，同时过去一些价格比较高的科技产品也因为科技产业的不断进步，价格降低了很多，从而得到了广泛的应用，无人机就是其中比较具有代表性的科技产品，一经推出，就受到了各个领域的关注，利用无人机可以便捷地高清航拍，高效率的农业种植，以及低成本高精度的工程测量。可以毫不夸张的说，无人机技术极大地推动了诸多领域的发展，而且随着无人机的广泛应用相关的技术也更加的成熟，在工程测量领域正在发挥着越来越重要的作用，因此本文对无人机航拍技术在矿山工程测量中的运用作出分析，希望能促进无人机技术在工程测量领域的进一步运用。

1 无人机航航测概述

1.1技术原理

一般来说，无人机分为固定翼无人机和多旋翼无人机，在工程测量中一般选择多旋翼无人机，因为多旋翼无人机可以实现更为灵活的飞行姿态调整，最重要的一点是可以实现长时间的悬停，这一点对于工程测量十分的重要，因为工程测量需要无人机能够保持在固定的位置才能实现对测量目标的精准测量，在工程测量中无人机需要搭载GNSS导航模块和IMU模块，可以有效提高测量的精度与测量的效率。在工程测量中主要是利用无人机搭载的高清相机对测量目标进行拍摄，然后再利用配套的软件对拍摄的照片进行分析，从而得出相对准确的测量数据，可以实现较高的测量效率与较低的测量成本。

1.2技术优势

矿山测量的环境因素一般都比较复杂，因此在测量的过程中很可能发生一些突发的事件，针对这种情况一般的解决方案是利用燃油飞机进行航拍测量，但是这种解决方案也存在对着很大的弊端，首先有人操作的航拍飞机出动一次就需要耗费大量的资金，而且又由于飞机本身的限制，航拍飞机不能做到超近距离的勘测，另外航拍飞机受到的影响因素也比较多，尤其是对天气因素的要求比较高，一旦天气不符合条件就不能起飞测量，而且测量时也存在着一定的安全风险。而无人机航测却可以在很大程度上解決航拍飞机的弊端，首先随着无人机产业的发展，无人机的价格已经越来越低，因此经济成本较低，在进行测量作业时所消耗的电力成本几乎可以忽略不计，其次无人机体型较小，因此可以满足对不同环境类型的精确测量，可以实现超近距离的测量，最后一点是现代的无人机技术已经相对成熟，可以在各种复杂的条件下进行测量，而且在测量时即使发生意外也不会引发安全事故。无人机工程测量在初期的发展阶段，其测量的精度是不如传统测量方法的，但是随着技术的发展，目前在测量的精度上已经有了很大的提高，尤其是在搭载了高性能相机之后，其测量的精度已经完成能够满足工程测量的要求。

1.3系统组成

在无人机系统中最核心的组件就是无人机的飞控平台，飞控平台包括两个部分：一部分是无人机内置的飞控芯片，负责保证无人机飞行姿态的稳定性;另一部分是遥控设备，操作人员通过遥控设备对人机进行操控。在无人机进行测量时，起到关键作用的是无人机所搭载的相机，无人机测量的精度在很大程度上取决于所搭载相机的质量，一般镜头畸变比较大的相机，测量的精度也不好控制，无人机所拍摄的照片可以存储在无人机的内部，也可以实时传输给地面的接收设备，无人机所拍摄的照片不能直接转化为测量的数据，需要专门的软件对无人机拍摄的照片进行分析，才能得出最终的测量数据。另外根据不同的测量任务，无人机也可以搭载不同的传感器，随着无人机技术的不断成熟，现代的无人机，已经可以实现较大的载重，飞行的时间也有保证，在电力不足的时候无人机可以自动返航。

2 具体应用策略

无人机技术具有十分明显的应用优势，因此在目前诸多的领域中得到了广泛的应用，在矿山测量中可以起到十分重要的作用，工程测量是对矿山进行开发的前提，只有保证测量工作的效率和水平才能保证对矿山高效的开发。

2.1做好准备工作

与平原地带相比，矿山测量的环境较为复杂，天气多变，大雾、大风天气会影响无人机航测稳定性，同时山地、沟壑、树木也会影响无人机航测感光度，进而影响测量数据的准确性。因此，为保证矿山测量数据更具有应用价值，测量团队在无人机航测之前就一定要做好各项准备工作。首先就要提前勘察矿山环境，了解矿山地带早中晚天气变化规律，尽可能选择选择晴天和阴天进行航测，以及有良好感光度和清晰度的时间航测，这样才能保证航测数据分析的准确度。其次做好航摄相机校检工作，无人机航测之前有专业人员对航摄相机进行校检，保证相机各功能运行正常，能够在正式航测时拍摄到有价值的图片信息[1]。

2.2设计航线

为了保证高效地对目标进行测量，在利用无人机进行测量之前，需要提前规划好测量的路线。因此需要测量人员提前对测量的区域进行了解，基于测量工作的目标要求，以及区域环境的特点来安排无人机测量的航线，并建立起一个准确的航图，在航图中要标出测量的距离、方向等关键的信息，从而保证无人机能够高效准确地进行测量工作。

2.3地面控制

地面控制在业内普遍被称为业内布点，布点的目的在于保证测量工作能够覆盖需要测量的区域，在航测前需要根据测量的相关要求，以及实际的地貌进行布点，相关的工作人员在对无人机进行操作时，需要根据实际的情况对测量工作进行调整，避免在测量时出现死角。通常情况下，无人机航测会按照区域网四角布设平高控制点，并结合航线布设4条～6条基线，而检查点则均匀布设在矿山测区范围内，同时在航摄区域重叠部分也要布设相应的相控点。

2.4无人机摄影和正射影像图制作

在准备工作、航线規划和相控点布设完成后，可以开展无人机摄影工作，期间通过遥控技术和定位技术控制无人机在像控点位置反复拍摄矿山影像，技术人员要依据每次传回的影像适当调整航摄相机各项参数，直到获得理想清晰度的影像。在无人机拍摄完成后，利用计算机软件制作正射影像图，进一步分析航测图像。

2.5相控测量与影像迅速拼接

与传统航测不同的是，无人机测量往往可以得到更多的影像资料，但是影像的画幅普遍都不大，因此无人机航测在很大程度上属于应急测量，由于画幅小，所拍摄的照片并不适合直接打印，因此需要后期对照片进行拼接，才可以得到完整的区域图像，这就需要在航测时均匀布置飞行时的测量点，并保证所拍摄的照片，色彩基本保持一致，工作人员需要对无人机所拍摄的照片进行检查，一旦发现色彩差异比较大的照片需要及时进行补拍，便于系统迅速对影像进行拼接[2]。

2.6空中三角测量

空中三角测量是连续选取具有一定重叠的航摄相片，依据野外控制点建立区域网模型，以获取加密点平面坐标和高程。一般来讲，空中三角测量方法有三种，分别是航带法、光束法和独立模型法。航带法是将一条航线上的航摄相片按顺序放置在投影器内，并相对建立单个立体模型，借助于相邻模型之间的重叠部分，构建比例尺统一的航带立体模型，以此完善航线网模型;光束法是选择一定数量的航摄相片，借助相片和野外控制点之间的联系，将各相片的光束连成一个区域进行整体平差，并解算出加密点的坐标，前提条件是所选航摄相片中投影中心点、像点和相应的地面点三点共线;独立模型法是将航摄相片视为单独模型，对单独模型进行整体平差运算。综合来看，光束法在理论计算中是最严密的，计算出的加密点精确度也最高[3]。

在实际测量中还会选择POS辅助空中三角测量，POS包括GPS信号接收机和惯性测量装置两部分，POS可以直接获得测图所需的每张像片的6个外方位元素，能够大大减少乃至无需地面控制直接进行航空影像的空间地理定位。而后利用无人机处理软件计算空中三角测量，为提高数据处理的便捷性，在建立东西航线后就可以利用POS数据自主建立自动化航带，增加部分连接点。值得注意的是，为保证航线与模型之间的关联度，在加点时应保证其与影像边缘间隔一定距离，以免边缘出现较大变形。

2.7 在数字矿山测绘中的应用

与手工测绘技术相比，信息化、数字化测绘技术在水土勘查中实用性更强，无人机航测矿山测量中同样采用现代测绘技术构建矿山数字化模型，以便为矿山资源后期开发与利用提供重要参考。为此，在无人机航测矿山实践中，除科学布设像控点外，还可以将影像信息导入ContextCapture等立体测图软件，自行匹配影像图片，逐步完善矿山三维立体模型。同时利用业内绘制软件设定坐标和边线，有机融合数字画像图等数据，完成DOM、DEM数据处理，利用正摄影优化影像图，同时调整亮度与色调，获得清晰的影像。

3 结语

总之，无人机航测技术相比于传统的工程测量技术具有诸多的优点，可以以较小的成本实现高效率、高精度的矿山测绘，因此需要将无人机航测重视起来，并在使用中不断完善无人机航测技术，进一步提高数据的准确性，为矿山的开发提供重要的数据支持。

参考文献

[1] 任连生.无人机航测技术在工程测量中的应用[J].居舍，2019（31）：57.

[2] 高磊.无人机航测技术在工程测量中的应用[J].工程技术研究，2019（19）：56-57.

[3] 朱萍.无人机航测技术在矿山工程测量中的应用[J].世界有色金属，2019（4）：241-242.