矿山测量中无人机航测系统的应用

张新卫   冉小海

摘要：矿产资源在现代化社会不断发展及进步的过程中，发挥着不可替代的作用。随着时间的不断推移，矿山行业获得了长远的发展。为社会经济的持续增长做出了突出贡献。在矿山开采前，矿山测量是至关重要的一个环节，备受瞩目。近年来，随着无人机技术的不断发展，无人机航测技术已成为矿山测绘的新兴技术，具有诸多优点，因此被广泛应用于矿山测绘中。

关键词：矿山测量；无人机；航测系统；应用

引言

随着航空航天技术的不断发展，无人机航拍系统应运而生，国内外学者对无人机航拍系统的问题开展了大量的研究工作，主要包括无人机自身的改进、无人机航拍图像的精度提高、无人机航拍图像的无缝拼接技术等。在无人机航拍系统的基础上又研发出无人机航测技术。无人机航测技术是一种综合了低空航拍、传感器、数据处理等技术的航空摄影测量技术。

1无人机航测技术概述

无人机航测技术是指在无人机平台上搭载高精度传感器、摄像设备等，通过遥控或自主飞行的方式，对目标区域进行高分辨率、高精度、高效率的航空摄影测量和数据处理的技术。

2无人机航测系统的应用优势

2.1安全性高

以前，由于受到技术条件的限制，工程测量主要依赖于人工操作。但是，在某些特定的情况下，人员及仪器的安全面临巨大的威胁。无人机航空测量技术的应用将工作人员从复杂危险环境中解放出来，不需要人的直接介入，自身的高度可控性使得其能够自主修复并进行安全规避，极大地提升了测量的安全性，推动了航空测量技术的发展。

2.2灵活性强

无人机起飞条件简单，对起飞场地没有太大的要求，在矿山地理环境中均能实现快速起飞，可进行弹射起飞，通过降落伞及滑行方式落回指定地面，实时获取准确的遥感影像资料，制作的调查底图数据时效性强、准确度高。同时，无人机可以拆卸装箱，携带比较方便，可迅速到达测区。而采用传统方法在矿山地形复杂的区域进行测量工作，往往需要消耗更多的财力、物力，并且某些区域人工难以到达测量。

2.3实时性强

无人机航测技术可以实时获取测量数据，并可以通过无线传输技术将数据传输到指挥中心或处理单位，为应急测绘提供及时可靠的数据支持。

3矿山测量中无人机航测系统的应用

3.1矿山地形测量

矿山地形是指矿区地表的高程、倾角等物理特征。传统的矿山地形测量方法需要耗费大量时间和人力，难以满足矿山测绘的需求。而无人机航测技术可以通过航空摄影测量技术获取矿山地形数据，大大提高了地形测量的效率和精度。目前，针对矿山地形测量问题，已经有很多研究成果。例如，Wang等人利用无人机航测技术获取煤矿区域的地形数据，采用三维建模技术实现了高精度的地形模型重建，为煤矿资源管理和环境保护提供了科学依据。Lu等人利用无人机航测技术获取钨矿区域的地形数据，采用三维建模技术实现了高精度的地形模型重建，并结合矿山勘探工作，提高了矿区资源开发的效率和精度。

3.2无人机巡航技术

无人机巡航技术应用过程中，主要是搭载高精度传感器、飞行控制、导航、数据传输、处理以及安全性、可靠性等方面的技术应用，实现了对矿山地形的快速、高效、准确的测绘。①无人机飞行平台搭载的高精度传感器如高清摄像头、激光雷达等，能够获取矿山地形的详细信息。高清摄像头能够拍摄高清晰度的照片，提供地形的视觉信息；激光雷达则可以测量地形的高度、坡度等几何特征。②无人机需要精确控制其飞行路径，以保证能够覆盖整个矿山区域。这需要使用先进的导航、控制技术，主要涉及到惯性测量单元（IMU）、全球定位系统（GPS）等，以保证无人机的稳定飞行、精确导航。③无人机获取的图像、数据需要采用数据传输系统传输到地面站进行处理、分析，保证数据的实时性、完整性。在数据处理阶段，需要对图像、数据进行处理、分析，以提取有价值的地形特征、矿产资源分布等信息。④在无人机巡航过程中，需要考虑安全性与可靠性问题。这主要涉及到避免无人机被干扰或丢失控制，保证无人机能够安全返回基地，以及防止对环境造成不良影响。这需要制定应急预案，并对无人机设备进行定期维护、检查。

3.3分析处理测量数据

在无人机航测工作结束后，对数据进行整理和分析也是一项重要的工作。首先，要对无人机收集到的各种数据信息进行输出、整合和处理，剔除重复、冗余和偏差数据，以最大限度地确保数据的准确性。其次，测量工作者需要根据前期设置的尺度，对影像内容进行校验，并与前期设置的控制点进行反复校正，建立相应的空间坐标系统，为后续的数据分析和处理奠定坚实的基础。最后，在上述工作的基础上对分析结果进行处理，测量工作者可利用3D模型软件，建立对应的项目3D场景，包括点云、测点分块、点云构造等。为保证3D模型更全面直观地反映测绘区域的真实状况，还需根据现场的具体状况对其进行修正，比如增加植被覆盖度、水体分布等。

3.4数据分析和可视化工具的使用

无人机航测数据的数据分析和可视化是无人机应用中的关键环节，这些工具有助于从大量数据中提取有用的信息、模式和见解，进而支持决策制定、规划、资源管理和环境监测。在数据分析方面，地理信息系统（GIS）软件如ArcGIS、QGIS和MapInfo是常用的工具，用于处理、分析和管理地理数据，支持空间分析、地图制作和决策支持系统的创建。此外，遥感软件如ENVI、ErdasImagine和PCIGeomatics被广泛用于处理和分析无人机采集的遥感数据，包括图像、点云和多光谱数据。统计软件如R、Python的NumPy和Pandas库以及MATLAB等可用于数据统计、建模和分析，以识别趋势和关联。针对点云数据，专门的点云处理工具如CloudCompare和LASTools可用于点云滤波、分类和特征提取。在可视化方面，数据可视化工具如Tableau、PowerBI、Matplotlib和Seaborn可用于创建图表、图形和交互式可视化。地图制图软件如Carto和Mapbox主要用于创建交互式地图，展示地理信息数据和空间分析结果。对于三维数据的可视化，工具如Blender、SketchUp和AutoCAD可用于创建三维模型，特别适用于点云和地形数据的呈现。此外，图像处理软件如AdobePhotoshop、GIMP和AdobeLightroom可用于改进、编辑和处理采集的图像数据。这些工具使用户能够高效地处理大量数据，并以易于理解的方式展示信息，从而提高了无人机航测数据的实用性和可操作性。无人机航测数据的数据分析和可视化，有助于揭示数据中的关键见解，支持各种应用领域的决策制定和规划。

结语

综上所述，在现代科技持续发展的背景下，无人机航测技术也在不断地发展。无人机航空测量技术以其高效、快速的数据处理、可控的测量范围、低廉的成本和灵活的操作方式等优点而得到了广泛的应用。在矿山工程测量中，可以弥补传统测量方法的不足，促进测量技术的创新发展。所以，在工程测量工作中，有必要加强对无人机航测技术的开发利用，并根据实测的具体状况，对其进行科学、合理的运用，最大化发挥其价值。

参考文献

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