智能无人机在矿山工程测绘技术中的应用

智能无人机在矿山工程测绘技术中的应用

刘丽

320982198612100040

摘要：现如今，我国科学技术水平有了很大提升，智能无人机在矿山工程测绘技术中运用广泛。无人机倾斜测量可通过搭载多个镜头进行图像的拍摄，依据生成的三维模型进行矿山测量。依据对矿山测量的模型，对其决定误差及相对误差进行分析，得到测量距离是影响测量精度的重要因素；采用方格网法进行无人机测量，并对数据分析可知网格的边缘误差是造成测量误差的主要因素。由此，采用无人机进行矿山测量，采用网格法减小测量的距离，并尽量划分规整的网格，减小边缘误差，可提高无人机测量的精度。

关键词：智能无人机；矿山工程；测绘技术；应用

引言

无人机航测是一种灵活、精准、高效、低成本的航空摄影测量手段。无人飞行器携带高清相机沿着特定路线对地面连续拍摄大量地表高清图片，并利用均匀分布在地面的像片控制点将高清图片按照测绘数据拼接，得到具有坐标系统的地表高清图片，结合外业调绘，可以绘制出区域地形图；同时，利用软件将正射影像和倾斜拍摄两种模式采集的全数字摄影测量数据建立三维模型，不但方便企业生产需要，也能指导采空区地表塌陷区恢复治理工作。本次研究是将无人机航测所获得的地形数据引入矿山塌陷区治理日常工作中，将本来复杂且繁琐的塌陷区测绘工作便利化，同时也能提高塌陷区测绘的准确性，航拍出的高清正射图像也能更准确的反应塌陷区地表现状，为塌陷区治理提供可靠的数据支撑。

1系统组成

无人机遥感系统主要包括无人机平台、飞行控制系统、地面监控系统、任务遥感传感器、数据传输系统、发射与回收系统、野外保障装备以及其他附属设备，通过控制无人机装载遥感传感器航空采集影像、视频等原始遥感数据，由影像数据处理软件完成遥感数据处理、建模和应用分析。在数据采集过程中，选择最佳执行时间，避开机场、重要设施和人口密集地区，选择视野开阔、比较空旷的场地用作无人机起飞平台。提前检查和调试好无人机系统，选择与目标任务匹配的机载遥感传感器，规划飞行路线，确定飞行高度，判断和识别可能阻碍无人机通信信号的树木、山峰、塔架等障碍物，避免发生碰撞，保障数据采集任务顺利完成。并通过DPGird、PixelGrid、DPMatrix等软件对所采集的遥感影像数据进行实景建模，其遥感数据处理的核心算法是根据同一目标在不同影像中的内在约束关系，采用运动恢复结构方法(SFM)解算出相机的相对运动以及空间场景的三维结构，从而获得数字正射影像图(DOM)和数字地表模型(DSM)。

2无人机测量技术优势

2.1精度高

无人机通常在低空飞行，离地面更近。飞行高度一般在１００～１　０００ｍ，可以获得高分辨率图像。从现代技术的角度来看，无人机拍摄的图像分辨率在０．０５～０．５０ｍ，相当于１∶５００到１∶５　０００的地形测量比例尺。

2.2采集影像分辨率高

通过无人机遥感技术获得的图像其空间分辨率可达到分米级，适合1∶500以及更高的遥感应用需求，且无人机上的高精度数字成像设备能够进行大面积覆盖、垂直或倾斜成像，采集的图像数据还可实时传输至地面接收端。

2.3低成本、高效率

无人机具有设计简单、易于集成、成本低等优点。目前市场上无人机的价格从数千到数十万不等。无人机航空成像系统的飞行路线由地面站提前设计，图像数据可以实时传输到地面控制终端。即使在沙漠、森林和自然灾害等环境复杂区域，无人机也可以为测绘人员和数据提供安全保障。

3智能无人机在矿山工程测绘技术中的应用研究

3.1无人机倾斜矿山测量数据处理

无人机在进行摄影过程中受到多种因素的干扰，会产生一些不合格的图像，对测量及建模的效果造成影响，对所获取的图像进行检查合格后进行数据处理分析。依据预处理得到的图像采用SIFT算法进行特征的提取，依据光束法测量，得到高精度的矿区影响，可用于对三维模型的创建。

采用Context Capture软件进行三维模型的创建，依据所采集的图像对矿区进行三维模型的构建，对所采集的原始图像进行区域整体的平差处理，将图像进行多视角的匹配，依据合成的图像进行三维格网的创建，将所创建的模型与白体的三维模型进行融合，进行自助的图像纹理映射，得到矿区的三维场景。对所测量的图像分别构建矿区测量的实景三维模型及点云模型，便于对测量的数据进行准确分析。

3.2图像捕获

矿山摄影调查的主要目的是为实现三维采矿区域建模，以更好地完成初步设计工作。数字航空摄影指南表明，图像重叠度应控制在６０％～８０％，至少为５３％。在无人机上进行航空摄影，创建一个精细的三维模型，并获得一个倾斜的重叠图像。如果按照标准参数进行重叠，则无法形成三维模型，且无人机倾斜摄影的重叠程度不均匀。因此航向重叠度通常为飞行中的最大值８０％。对于平坦的地形和小型建筑，重叠度可以相应减少。为了更好地研究相机倾斜与三维模型采集精度之间的关系，航空高度设置为５００ｍ，以便减少无人机高度变化对三维模型精度的影响，提高三维模型采集频率。由于测量区域范围较小，地形复杂，选择具有灵活起飞和着陆能力的旋翼无人机执行拍摄任务。无人机主要用于低空摄影测量。配备厘米级制导定位系统和高性能成像系统，方便运输，提高航空摄影整体效率。

3.3矿山复垦监测

矿山开采过程中往往会自然地貌和生态环境造成一定的破坏，造成严重的地质灾害，且矿区所在的土地资源通常十分紧缺，为缩短矿山开采占地时间，通常需要根据采矿用地的恢复性，及时进行矿山土地复垦。采用无人机遥感技术能帮助快速获取矿区的数据资料，大幅提高矿区的复垦效率，有效节省土地使用费用，避免了土地资源的浪费。

采用无人机遥感技术对露天采矿中地形的形态特征与恢复区相关的侵蚀过程进行了描述。通过控制坡度和计算侵蚀率，可以有效监测矿区高滑坡敏感带中具有活跃侵蚀过程的区域。分析发现，与传统测量设备相比，无人机遥感技术在水土保持规划设计中的应用具有明显优势，可以快速准确地获取所需信息，确保项目的合理性和科学性，有利于完善水土保持率。

在无人机遥感技术进行图像采集的基础上，采用随机森林算法对无人机图像进行分类，并在每次侵蚀性降雨后通过采样对土壤流失进行量化研究，结果表明该方法具有很高的可靠性，无人机图像植被覆盖分类准确度较高，植被为93%，裸地为91%。

采用配备同时采集可见光图像和热红外图像的双光热成像透镜无人机，对六安矿区煤矸石进行监测。分析发现采用可见光RGB图像和热红外图像相结合的方法获取煤矸石堆的表面温度，能有效识别矸石堆表面温度异常区域，避免在复垦过程中煤矸石堆温度异常区进行植被恢复。

结语

无人机倾斜测量是针对复杂的矿山测量的有效方式，可充分利用无人机的灵活、速度快等优点进行多角度图像拍摄，依据生成的三维图像实现准确测量。针对无人机测量数据的绝对误差及相对误差进行分析，从而提出结合方格网的形式提高测量的精度。对矿区进行方格网划分，网格的大小不同对测量的精度具有重要的影响，经过分析可知，在矿区无人机测量中，边缘误差是影响测量精度的主要因素。因此，随着矿山智能化程度的提高，采用无人机倾斜测量，利用网格法减小测量的距离，并尽量划分规整的网格，减小边缘误差，可提高无人机测量的精度，保证对矿山开采准确的设计及开采。

参考文献

[1]杨少愚,刘清田,张力祥.无人机低空摄影测量在大比例尺测图及精细化建模领域的适用性分析[J].经纬天地,2022,(1):38-41.

[2]黎昕宜.低空摄影测量技术产品在违法建筑监测中的应用——以柳州市为例[J].城市住宅,2021,28(9):222-223.

[3]王志岗,江超,杨生春,等.无人机低空摄影测量技术在植被绿化监测中的应用——以卡洛特水电站为例[J].人民长江,2020,51(S2):393-396.