低空无人机遥感技术在矿山测绘中运用分析.pdf

2023年7月上 世界有色金属49测绘技术Mapping technology低空无人机遥感技术在矿山测绘中运用分析高炜（安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院，安徽 芜湖 2 4 1 0 0 0）摘 要：在进行矿山测绘期间，相关技术人员需要获取海量的矿山地形数据信息，但是受到环境、技术等因素的约束，在规模较大、分布零散的矿山区域中极难利用传统的人工测绘方式进行作业，同时得到的数据误差较大，不具备可参考的价值，由此，低空无人机遥感技术应运而生，具有实时分析传输数据、满足多种测量需要、可操作性较高、成本极低的优势。基于此，文章从低空无人机遥感概述入手，分析基本操作流程，阐述矿山测绘工作中常见的低空无人机遥感技术，最后对具体应用进行进一步的研究，以期得到真实、可靠的矿山数据信息，满足各类矿山测绘的需要，为后续的开采、保护等工作提供数据支撑。关键词：低空无人机；遥感技术；矿山测绘中图分类号：P 2 3 7 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 3-0 0 4 9-3Application of Low Altitude UAV Remote Sensing Technology in Mine MappingGAOWei(T h e S e c o n d Hy d r o e n g i n e e r i n g G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n I n s t i t u t e o f A n h u i G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n B u r e a u,Wu h u 2 4 1 0 0 0,C h i n a)Abstract:D u r i n g mi n e s u r v e y i n g a n d ma p p i n g,r e l e v a n t t e c h n i c i a n s n e e d t o o b t a i n ma s s i v e mi n e t e r r a i n d a t a i n f o r ma t i o n.Ho w e v e r,c o n s t r a i n e d b y e n v i r o n me n t a l,t e c h n i c a l a n d o t h e r f a c t o r s,i t i s e x t r e me l y d i f f i c u l t t o u s e t r a d i t i o n a l ma n u a l s u r v e y i n g a n d ma p p i n g me t h o d s i n l a r g e a n d s c a t t e r e d mi n e a r e a s.A t t h e s a me t i me,t h e d a t a o b t a i n e d h a s l a r g e e r r o r s a n d n o r e f e r e n c e v a l u e.T h e r e f o r e,l o w a l t i t u d e UA V r e mo t e s e n s i n g t e c h n o l o g y c a me i n t o b e i n g,I t h a s t h e a d v a n t a g e s o f r e a l-t i me a n a l y s i s a n d t r a n s mi s s i o n o f d a t a,me e t i n g a v a r i e t y o f me a s u r e me n t n e e d s,h i g h o p e r a b i l i t y,a n d e x t r e me l y l o w c o s t.B a s e d o n t h i s,t h e a r t i c l e s t a r t s f r o m t h e o v e r v i e w o f l o w a l t i t u d e UA V r e mo t e s e n s i n g,a n a l y z e s t h e b a s i c o p e r a t i o n p r o c e s s,d e s c r i b e s t h e c o mmo n l o w a l t i t u d e UA V r e mo t e s e n s i n g t e c h n o l o g y i n mi n e ma p p i n g,a n d f i n a l l y c o n d u c t s f u r t h e r r e s e a r c h o n s p e c i f i c a p p l i c a t i o n s,i n o r d e r t o o b t a i n t r u e a n d r e l i a b l e mi n e d a t a i n f o r ma t i o n,me e t t h e n e e d s o f v a r i o u s mi n e ma p p i n g,a n d p r o v i d e d a t a s u p p o r t f o r s u b s e q u e n t mi n i n g,p r o t e c t i o n a n d o t h e r w o r k.Keywords:l o w a l t i t u d e UA V;r e mo t e s e n s i n g t e c h n i q u e;Mi n e ma p p i n g收稿日期：2 0 2 3-0 4作者简介：高炜，男，生于1 9 8 7 年，研究生，工程师，研究方向：测绘专业技术。现阶段，经济的快速发展使得资源的需求量日益增加，矿山的开采逐渐形成新常态，为了提升矿山的管理力度，响应国家可持续战略发展方针的号召，在矿山测绘工作中引入低空无人机遥感技术具有极高的现实意义，可实时获取并处理矿山地形地貌数据，并组建数字化模型，为推动矿山开采、复垦、管理工作的有序开展提供可靠数据。当前低空无人机遥感技术已经被全面应用于矿山的测绘工作中，极大凸显了低空无人机的普适性，满足了现阶段对于矿山测绘工作的各项需要。1 低空无人机遥感概述低空无人机遥感技术是当前较为先进的传感技术之一，是无线遥控与遥感测量技术的有机结合，通过利用GPS定位、通信网络、遥感信息等技术可提升测绘工作的自动化、智能化，对各类自然资源及测绘环境信息进行快速访问，具有实时分析、建模的功能。低空无人机遥感系统由数据采集及数据处理两部分构成，其中数据采集实际上就是控制与地面监控软件配套的无人机装置完成数据的测量及收集活动，利用数据采集方式可使得无人机遥感技术设备直接安装相应的遥感应用软件，并利用各式各样的传感器获取相应的目标数据信息，具有自动采集的功能。技术人员通过对被测目标进行分析可灵活选择不同类型的红外传感器，如雷达、红外扫描仪、数字单反相机等，如图1。图1无人机遥感平台完整的低空无人机遥感系统包含了遥感设备、控制系统、飞行云台、通信系统、数据后台系统、发射回收系统，在实际的飞行过程中可实时获取影像数据，配合传感器、任务仓、摄像机等设备实现遥感测绘。在实际执行飞行任务前，技术人员需要注意对指南针、传感器等进行校对，保证获取数据的精准性1。2 低空无人机基本操作流程在利用低空无人机遥感技术获取影像资料时，技术人员需要提前收集矿山区域的相关数据信息，并结合具体的需要灵活调整测绘任务，保证获得信息的精确性，具体的流程如下。世界有色金属2023年7月上50测绘技术Mapping technology第一，在收集影像资料时，需要组建较为完整的飞行平台遥感飞行体系，对矿山区域的气候状况进行相应的分析，形成专业的无人机航拍遥感测绘管理体系。做好动态调勘，综合获取到的各类数据信息进行统一处理。第二，科学选择起降场地，综合实际测绘现场地形地貌分析无人机安全飞行的条件，尽量防止在实际测绘活动中出现碰撞等安全事故。第三，设计飞行方案，缩短无效飞行时间，保质保量完成预计测绘任务。在基本了解测绘区域信息的条件下，做好飞行路线的规划，保证覆盖全部测绘区域，提升获取信息的完整性。第四，检查无人机的机载飞行控制系统，保证测绘质量。在检查机载部件时，需保证各部件的良好运行能力，建立专业的技术分析体系。第五，检查无人机获取信息的质量，主要检查遥感影像质量，掌握无人机机身形态，防止出现画面折叠问题，并筛选有效影像，对拍摄内容、分辨率、色彩饱和度等进行详细分析。第六，进行飞行资料汇总，对得到的数据进行统一管理，详细梳理飞行航线资料及原始影像数据，保证数据处理到位。相较于以往的航天航拍测绘方式，低空无人机具有极大的使用优势，无需深入现场进行实地勘察，降低了人力成本，具有极高的安全性及机动性，不易受到气候气温的影响，实现了多角度摄影，同时也可深入部分危险、复杂的区域完成测绘工作，具有极高的应用价值2。3 矿山测绘工作中常见的低空无人机遥感技术3.1 DLG测量技术为精确获取矿区具体的地形地貌信息，技术人员不断创新如DLG数字化测图等技术，极大提升了矿山区域测量数据的精准化。具体应用流程如下。第一，利用低空无人机进行矿山路线的勘测，综合已知的矿山线路等级信息，确定主干道、次干道，并制定测绘工作大体路径，避免出现线路不通等问题，影响测绘工作进度。在进行矿山绘制期间，应以逐个测量为基础，由高至低确定具体的电线塔位置，并科学选定三个测绘角点，配合直角化闭合方式厘清主次关系，绘制出较为精准的等高线，提升后续测绘工作的效率。第二，在测绘图形的接边位置，需要加载相应的矢量文件，形成较为立体的接边方式，通过设计先进的数据刷属性编码，保证地形图幅的闭合性，为后续测绘工作提供便利。3.2 DOM测绘技术在进行数字高程模型设计过程中，技术人员可利用DOM数字正射影像技术进行测绘作业，提前校正好影响元，并综合比例图纸进行图像的拼接与裁剪，得到数字正射影像，其中包含了详细的地图几何数据信息，通过对影像特征进行适当调节，可极大提升数据的精确度。在影像校正工作完成后，就需要相关技术人员深入分析数字正射影像的内在信息，建立防灾保障体系，保证测绘作业的安全性。利用DOM数字正射影像进行实际测绘作业主要可分为中心投影及正射投影两个环节，需要技术人员综合投影差分析倾斜误差，并完善模型的坐标系统，组建适量叠加及影像拼接的分析机制。同时在模型生成期间，相关人员也需要利用低空无人机遥感技术对获取数据进行矫正、处理、更新，保证测量精确度，满足实际测绘需要，充分彰显出DOM测绘技术的先进性3。4 低空无人机遥感技术在矿山测绘工作中的具体应用4.1 数字矿山建设智能矿山及数字矿山的建设是保证全面掌握矿山具体信息、提升管理能力的重要技术手段之一。利用各类计算机软件及大型数字矿山模型制定相应的矿山日常管理工作，可极大提升矿山的数字化、智能化开发进程。技术人员应充分掌握当前矿山的完整信息，并收集海量的综合数据，如各类遥感检测得到的影像、控制点数据信息、矿山地图、卫星宽带网络模型数据等，为建设数字矿山提供可参考的资料。除此之外，也应当建立较为全面的数字矿山建设体系，对后续得到的其它精确测绘数据进行详细分析，落实对矿山资源、环境等进行全过程动态监管的工作模式。数字矿山建设主要包含了监控系统及安全系统两方面。当前部分矿山的数据测量工作仍然沿用了以往的测绘形式，导致在建立坐标系时极易出现核心数字失真、丢失等问题。因此，在矿山建设期间，相关单位需不断更新各类地图、影像等信息资源，保证测绘工作的精确性。以往的测量设备的使用成本较高，极易受到测量现场各类环境因素的影响且测量周期较长，利用低空无人机遥感技术即可弥补以上不足，满足数字矿山建设的需要，简化了数据信息的获取流程，尤其是在获取非法采矿等信息时可发挥极为重要的作用。矿区测绘工作利用低空无人机倾斜摄影技术，可对矿山的无证开采区域进行3D建模，并生成对应的DOM、DSM数据，制作出较为精确的DEM数字高程模型。以此为基础利用挖填方法可得到挖掘前后的DEM变化值，进一步判断出具体的矿山无证开采资源量。4.1.1 建立高精度3D模型将 POS 数 据、控 制 点 数 据、影 像 数 据 统 一 上 传 至Context Capture软件中，可形成较为精准的3D模型。软件可利用带精确控制点、自由平差、刺点等信息确定矿山区域网的平差，在利用3D模型生成相关数据信息及DSM、DOM数据，在此期间，平差优化、数字建模、空三加密均可由软件自行完成，在经过你平差优化后，即可判断矿山无证开采地区的误差值是否符合预期精准度，得到最终的3D立体模型如图2。图2矿区开采三维模型图2023年7月上 世界有色金属51测绘技术Mapping technology4.1.2 利用挖填方法计算作业前后DEM地表变化值第一，利用Arcgis软件中的空间分析模块，可精准确定调查区前期采矿区域的高程及地形地貌图，并赋予各数据信息高程属性值。第二，依据数据的高程属性值将相关信息转化为具有3D特性的数据，并以此为基础建立TIN调查区三角网。第三，利用自然邻域插值法及数字高程模拟转换法，可以将上述步骤得到的三角网络转化为测绘所需的DEM数据。4.1.3 确定矿山无证开采矿产资源储量利用空间综合分析的方式可减少岩石表层对测绘作业精准性的影响，再利用挖填的方式计算采矿区域中DEM的地表变化数值差，从而得到较为明确的无证开采矿产资源实际变化情况4。4.2 矿山复垦测绘在进行矿山土地复垦测绘实践期间，相关技术人员需要综合矿山测绘过程中各金属矿的实际分布情况、深埋程度、地质构造等相对复杂的信息数据开展测绘工作，保证土地复垦测绘作业的精准性。具体来说就是技术人员需要利用低空无人机遥感技术获取较为精确的数据资料，确保采空区矿山土地复垦工作的科学性及可行性。在实际土地使用功能不变的条件下，为保证矿区土地测绘工作的有效开展、土地资源的合理利用，就需要组建总量一定的动态平衡分析机制，建立全新的矿区生态系统。就实际的复垦方式建立针对性的遥感测绘分析体系，实现生物与工程复垦的结合，充分发挥测绘技术的实际应用优势。在施工放样测绘过程中，技术人员可利用低空无人机遥感技术获取矿区的数字正射影像，并建立相应的坐标影像分析体系，将各放样点直接导入体系中形成相对精准的数据正射分析图，在此期间必须对影像内容及放样点坐标进行对应、合成，明确各设计点位的实际位置，精确定位放线点、线，提升测绘技术成效。无论是复垦前还是复垦后，低空无人机遥感技术均可取代以往的GPS-RTK或全站仪设备，通过引进先进的测绘技术可有效获取大量较为精确的数字地形图，并对矿区的实际地形地貌进行勘测，充分掌握较为精确的矿山情况。在利用低空无人机遥感技术进行测绘时，需要保证无人机的覆盖范围大于150km2，且各类影像资料需要保证存留一周以上。在实际获取像控点数据时，需要充分展现测绘技术中影像数据处理环节的优势，利用数字高程模型进行精确运算，同时在挖填环节中，科学制定相应的施工技术及成本预算控制内容，促进低空无人机测绘技术的有效推进与落实。在实际的低空无人机测绘作业中，矿上测绘数据信息的精准性得到了保障，同时其工作效率得到了极大的提升，可最大限度降低人、物、财等资源的投入，有效恢复矿山地区的生态平衡，迎合当前矿区测绘作业的可持续发展需要。4.3 矿山环境治理改善矿区环境、恢复矿区生态是现阶段矿区管理工作的重要环节之一。从实际工作现状来看，矿山的环境治理工作耗时较长，导致部分专门负责进行管理的单位工作难度加大。低空无人机遥感技术实际上就是在小型无人机上加装多个不同类型的传感器，通过预设完成相关数据的测量工作。可以对整个矿山区域进行反复大面积扫描，获取各类遥感数1段伟.基于无人机遥感测绘技术在矿山测量中的应用研究J.大科技,2019,(12):132-133.2廖重贵.无人机低空遥感在矿山测量中的应用J.房地产导刊,2019,000(014):250.3李娜,温乃璎,侯毅苇.基于低空无人机遥感技术的应用探究J.价值工程,2018,37(25):111-113.4周海.无人机遥感技术在现代矿山测量中的探讨J.世界有色金属,2019(14):2.5吕虎.基于无人机遥感测绘技术在矿山测量中的应用研究J.中国金属通报,2021(10):2.据信息，如测量区域内的光谱范围综合数据信息、雷达系统数据信息、自然数据信息、激光点云数据信息等，保证数据的精准性。相关人员可依照实际测绘情况灵活选择相应的配套分析软件，获得特定状态下的数据及实时动态信息，便于后续进行定量、定性分析。4.4 矿产资源保护经济社会的发展极大推动了我国矿产资源的开发进程，导致矿产资源储量逐渐下降，各类不可再生资源出现短缺等情况。为避免出现过度开采等问题，就需要保证稀缺矿产资源得到有效开发及合理利用。导致资源过度开采的主要原因就是相关主管部门监管不到位，为避免此类情况再次发生，相关部门可引进先进的低空无人机遥感技术对矿区的各类情况进行全天候动态实时监管，利用这种方式可实现空中警戒，通过视频录制、通勤飞行等方式对矿山资源进行严密监管，严厉打击各类违法犯罪行为，改善矿区周边生态环境，保证矿产资源的可持续发展、利用5。图3低空无人机利用动态遥感监测到的矿产资源5 结论综上而言，低空无人机遥感技术的应用在矿山测绘环节中充分展现出其先进性、科学性，在降低投入成本的同时提升了测绘效率与质量，除此之外，低空无人机遥感技术的也可为当地相关主管单位提供较为精确的数据信息，实现对矿山作业的全过程动态监管。但现阶段低空无人机遥感技术还存在可进步的空间，在续航、航高、控制等方面存在不足，由此，就需要相关技术人员充分发掘低空无人机遥感技术的优势，提升测绘工作的精确性及可靠性，促进测绘领域的进一步发展。