测绘与地理信息新技术在矿山测量中的应用及展望研究

刘韦华，谢梅秀，杨朝兴

（江西省煤田地质局测绘大队，江西 南昌 330001）

随着计算机技术、无人机技术、动态定位技术以及图像融合技术等快速发展，促进了我国测绘及地理信息新技术的迅猛发展，使得矿山及地质勘查逐渐向现代化、数字化发展，对不同地理信息以及地质资料的综合利用提供了平台，尤其是在现代矿山测量中，不仅需求精度更高的测绘精度，而且测量周期普遍明显降低[1]。基于此，本文以测绘与地理信息新技术为研究对象，分析其在矿山测量中的应用以及展望，对推动该技术的发展提供帮助。

1 现代化测绘新技术的应用

现代化测绘新技术包括无人机倾斜摄影测量技术、三维激光扫描技术、GNSS技术、GPS-RTK联测技术等，本文着重讲述常见的无人机倾斜摄影测量技术和三维激光扫描技术。

1.1 无人机倾斜摄影技术

无人机倾斜摄影技术是在无人机垂直摄影技术的基础上发展起来的，弥补了垂直摄影技术仅能获得垂直方向航空影像资料的弊端，实现了从多角度、多方位获取测绘区域倾斜方向摄影影像数据的目的，使得航空影像中的“留白”问题得到明显的改善，提高了测绘精度[1]。无人机倾斜摄影技术在矿山测量中的应用主要包括飞行计划编制、地面控制测量、影像数据获取、空中三角加密测量、地形成果图件输出等步骤（图1）。

无人机倾斜摄影测量技术在矿山测量中应用的主要步骤包括：①飞行计划编制，根据测绘区域地形地貌特征、气候条件、植被发育程度、踏勘现状、无人机型号等制定合理的飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度等参数，制定飞行时段等；②地面控制测量是提高无人机倾斜摄影测量精度的基础，像控点的布设应根据地形地貌变化规律做出适当的调整，在植被发育、地形变化较大区域像控点密度适当增加，在地形平坦、植被不发育的区域像控点密度适当降低；③影像数据获取，在完成飞行计划以及像控点布设的基础上，按照制定的飞行技术进行航空影像数据的获取，对每天拍摄的影像数据资料进行检查，若质量不达标，则需重新拍摄，直至每天获取的影像数据均符合质量要求为止；④空中三角加密测量，在影像数据预处理的基础上进行空中三角加密测量，虽然无人机倾斜摄影测量技术实现了多角度、多方位获取影像数据，有效的降低了测绘“留白”问题，但是在测绘过程中不可避免的因高大建筑物、地形地貌、植被发育程度等影响造成测绘“留白”，导致局部区域的测绘精度无法满足矿山测量的基本需求，此时需要借助航空拍摄过程中自动存储的POS数据进行方位元素的预测计算进而消除测绘“留白”问题造成的精度降低问题；⑤地形成果图件输出，在核对无误的基础上根据比例尺要求输出成果图件。

图1 无人机倾斜摄影技术流程示意图

1.2 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是以三维激光扫描仪为主体的测绘新技术，该技术借助三维激光扫描仪中安置的激光二极管装置进行发射周期性的脉冲信号，当周期性的脉冲信息被被测物体表面反射后经过三维扫描仪中的接受透镜接受。

根据信号发射与接受时间差以及距离测量结果等计算出被测物体的三维空间坐标，进而获得测绘区域大面积的三维坐标信息数据，最终根据这些数据制作成相应比例尺的地形图。

三维激光扫描技术的应用流程主要包括：①外业数据采集，根据地形地貌、植被发育程度等将测绘区域划分成若干测绘区块，确定扫描仪以及标靶的位置，尽可能的设置在视野开阔的区域；②点云数据坐标转换，由于三维激光扫描仪的扫描精度是随着扫描距离的增加而逐渐降低的，因此一般将每一测站的扫描距离限制在300m以内，导致测绘区域形成多个测站，此时不同测站之间的坐标系统是独立的、不统一的，因此，在外业数据采集完成后需要对点云数据进行数据转换，将不同的坐标系统转换至同一坐标系统下；③点云数据的配准，点云数据的坐标转换过程就是数据的配准，可分为绝对配准和相对配准两种方式，前者是将每一测站的坐标系统逐一配准至绝对的坐标系统下，后者是将不同坐标系统先配准至某一测站的局部坐标系统，再将统一至某一测站的坐标系统配准至绝对坐标系统下；④成果图件输出，根据相应比例尺输出整饰好的地形图件。

2 地理信息技术的应用

地理信息技术在矿山测量中的应用也越来越广泛，主要包括3S技术以及以3S技术为基础的地理信息系统。地理信息系统是以现代化计算机技术为基础，结合3S技术形成的集数据采集、处理、应用于一体的现代化新技术，其特点包括：①空间特征，地理信息系统采集的数据以三维空间信息为主，因此该系统具有空间特征；②多维结构特征，该系统是在二维空间的基础上表达出多维信息的过程；③时效性，该系统具有易改正、补充的优势，因此根据定期数据更换、纠正等可获得时效性强的综合信息资料。

地理信息系统的应用主要包括：①数据采集方面的应用，以GPS等定位数据为基础进行数据的采集；②数据处理方面的应用，地理信息系统具有强大的数据处理能力，将采集的数据根据用户需求进行运算，剔除冗余数据，补充缺失数据等；③数据管理方面的应用，管理系统是地理信息系统的核心功能，主要包括地理信息系统在数据管理方面主要为空间数据库建设→基于GIS平台的内部数据结构规范（数据格式、类型等）→数据代码格式→矢量数据结构→空间信息查询等；④用户查询方面的应用，根据不同客户需求开放查询条线，可有效的提高数据信息的社会服务效益。

3 应用展望分析

综上所述，测绘与地理信息新技术在现代化矿山测量中具有广阔的应用前景，在今后三维矿山以及数字化矿化建设过程中的应用越来越广泛。但是，现代化测绘技术是以计算技术、图像融合技术和数据处理技术为基础的，虽然现有的数据处理技术在数据分析、处理中取得了较好的成果，但仍然无法满足快速发展的基本需求，如如何更加准确的剔除数据的冗余数据，将点云数据的噪声等有效剔除是今后发展的主要方向。