探究无人机航拍测量技术在地质矿山治理领域的应用_王燕阳.pdf

150管理及其他Management and other探究无人机航拍测量技术在地质矿山治理领域的应用王燕阳1，梁雪2摘要：在社会不断进步的过程中，我国对矿产资源的需求不断提升，各种矿产资源在社会发展中发挥着重要作用。当前，我国在对矿山进行开发的过程中，进一步加大了技术投入，其中无人机航拍测量技术在地质矿山治理中体现出了巨大的应用价值，为矿山的测绘、勘查、开采等提供了重要的数据信息。在矿山开发中很容易发生地质灾害，这会给社会发展的稳定性造成严重影响。本文为了进一步推动我国地质矿山治理领域发展，重点对无人机航拍测量技术的应用方法进行了探讨，希望能为相关单位的工作提供一些参考。关键词：地质矿山；无人机航拍测量技术；治理在我国社会经济快速发展的过程中，矿业逐渐成为支撑国家经济发展的支柱型产业。在当前的矿山开发中还存在一些问题，为有效解决这些问题，提高矿产资源开采效率，利用无人机航拍测量技术可以有效促进我国矿业发展。该技术具有灵活性、精准性、低成本等优势，在地质条件较为复杂的矿区可以高效完成测绘、勘查等工作，有助于提高矿山开采工程的安全性与整体效率。1 无人机航拍测量技术相关概述1.1 无人机航拍测量技术的概念无人机航拍测量技术主要是将无人机作为空中平台，通过搭载高分辨率摄像机、红外扫描仪、传感装置等，可以快速、精准对矿山画面进行捕捉，有效获取相关测量信息，随后利用传感器将无人机捕捉到的图像、信息传输至计算机终端，利用计算机对采集的图像信息进行处理和分析，按照相关标准将其制作成直观、清晰的图像。无人机航拍测量技术是一项集合了高空拍摄、微波传输、遥控遥测、计算机高效处理等的复合型技术，在地质矿山治理领域有着强大应用价值。1.2无人机航拍测量技术的特点1.2.1覆盖范围大使用无人机可以开展大范围的测量工作，同时可以支持多架无人机同时工作，大幅提高测量工作的效率，在最短的时间内搜集更多有用的数据信息，为后续工作开展提供有力支持。1.2.2数据处理效率高无人机航拍测量技术在应用过程中，主要利用计算机终端设备对相关图像数据进行处理，可同时承担庞大工作量，不仅可以降低测量的时间，还可以快速完成工作任务，提高测量工作的整体效率。1.2.3灵活性较强无人机设备的重量较轻，可以在空中进行灵活运动，可以在工作人员无法到达的地方开展工作，可以适应各种复杂的地形、环境，不会受工作场地的限制。在实际开展测量工作的过程中，矿山许多地区的地质地形十分复杂，借助无人机开展测量工作，可以攻克各种人工无法克服的难题，在完成测量工作的同时，还可以提高测量的整体质量，有效降低传统测量工作中投入的人工成本，保障人员的安全性。1.3无人机航拍测量技术的工作原理无人机的运动主要是依靠无线遥感技术及其装置进行控制，可以保证无人机按照提前预设的轨道运行。传统无人机航拍测量技术，主要是对垂直角度的图片、影像等数据进行采集，在现代科技不断发展的过程中，无人机倾斜测量技术的出现，已经可以实现对目标的多角度、全方位拍摄，无人机所采集的数据信息量大幅提升，数据分析的精度也有所提高。在无人机倾斜测量技术的支持下，无人机可以同时搭载多个不同角度的摄像头，同时进行交叉拍摄，可以保证所采集数据信息的全面性，提高相关数据信息的实际应用价值。通常，无人机的动力主要由电池提供，可以满足无人机在一定时间内稳定飞行的需求，搭载电池动力系统还可以减少无人机振动对成像质量造成的影响。无人机的固定翼可以提高数据信息的采集效率，提高无人机的续航能力；旋翼可以提高无人机的飞行稳定性，各种新功能、新技术和新装置的出现为无人机航拍测量技术的应用创造了良好契机。2 无人机航拍测量技术的工作流程2.1确定测量区域与航线根据无人机的飞行标准，市面上目前多数无人机的飞行时间较短，通常情况下无人机飞行时间在30min左右。针对这一问题，在地质矿山治理领域应用无人机航拍测量技术之前，要合理对无人机的工作区域以及航拍路线进行合理规划，通过合理规划航线、设置工作区域、控制飞行时间、调整无人机数量等方式，在特定测量区域高效完成测量工作，以便在规定时间内完成航拍任务。在实际测量的过程中，无人机要尽量按照提前预设的航线运行，避免无人机在偏离航线后出现重复拍摄的情况，影响工151管理及其他Management and other作的整体效率。2.2提前布设航拍网点在应用无人机航拍测量技术之前，需要提前确定航拍区域，根据地质矿山治理的现实要求合理布设航拍网点，进一步提高无人机测量的合理性与规范性。在设定航拍网点的过程中，需要根据矿山的地质环境进行合理调整，避免复杂的矿山环境对无人机的正常运行造成影响，以便无人机所拍摄的图像数据可以精准传输至地面的计算机终端。2.3实时获取图像在地质矿山治理中，存在许多测量人员无法到达的地方，对此可以应用无人机航拍测量技术，通过远程遥控无人机将让其到达指定区域进行拍摄，并将实时获取的图像快速传输至后台，让技术人员可以根据实时获取的图像数据了解矿山的实际情况，通过对图像数据进行分析可以为地质矿山治理工作的开展提供有力支撑。2.4建立三维立体模型地质矿山治理往往会涉及较广的范围，常规的测量工作会消耗大量时间和精力，还可能出现测量遗漏，这可能会对测量的最终结果造成影响。使用正射影像，利用修复处理且具有较高精度的现场影像，可以利用专业软件在正射影像所获取的数据，随后结合实地调查的结果，保证勘查内容的真实性、客观性，以便技术人员全面对矿山的情况进行观察，充分掌握好坐标、高度、长度等，不断丰富地质矿山治理工作的内容，提高无人机航拍测量技术的使用价值。随后，可以结合所采集的图像数据建立三维立体模型，对地质矿山治理后续工作的开展情况进行评估和分析，让技术人员、管理人员更为直观地了解后续地质矿山治理的情况，提前采取预防措施，保证地质矿山治理的科学性、稳定性。2.5数据获取应用无人机航拍测量技术，通过打造高分辨率摄像机和无人机平台其他传感器数据的有效融合，这一保证无人机安全作业。在不同地质条件下上传数据，可以选择视距微波传输、卫星上传、超视网络数据传输等方法。数据利用编码与压缩的方式进行上传，可以提高获取数据的速度，最大限度满足实时处理数据的需求，同时也可以快速提交测量的结果。2.6画面调节在地质矿山治理中，为进一步提高无人机航拍测量技术的应用价值，提高无人机获取影像数据的精度，应当注重对无人机拍摄画面进行有序调节。比如，在面对复杂的矿山环境时，可以利用无人机在空中对目标区域进行实时的图像采集，快速、准确收集影像数据，大幅提高传统地面拍摄的安全性与效率，为后续工作开展提供有力支持。对画面进行调解，可以通过添加高分辨率摄像头实现，有助于在运行状态下提高对无人机的控制水平。通过相机进行画面测量，可以快速将数据集成于导航系统，并将其转化为真实的矿山图像。2.7数据处理应用无人机航拍测量技术，主要是在自动航拍技术、影像遥感技术、海量影像数据处理技术等先进技术手段的支持下，借助相应的数据处理软件，实现对无人机航拍影像数据的自动处理。对影像数据进行处理，主要是将无人机获取的影像数据进行参数细化。3 无人机航拍测量技术在地质矿山治理领域的应用3.1矿山测量矿山测量主要是在矿山开发前期，利用无人机航拍测量技术获取和处理数据进行绘图，将矿山现有的地质特征通过无人机测量的方式直观呈现在平面图或三维立体模型中，以便技术人员实时掌握矿山的地质、位置等重要信息，可以为后续矿山开发工作的开展提供有力参考。无人机航拍测量技术，可以实时捕捉清晰的航拍画面，在选定待开发区域后，需要将该地区的地图作为无人机航拍测量的主要参考依据，提前对无人机的航行轨迹以及矿山的坐标方向进行设置，并利用计算机终端设备对无人机的布局方式进行设置。在矿山测量中，需要对预设的无人机测量参数进行严格检查，提前检查无人机电池动力系统的电量是否可以满足飞行需求，保证无人机航拍测量工作可以顺利完成。在绘图的过程中，需要严格按照矿区的地形地貌，对地面的死角区域进行详细标准，提前对无人机的具体参数进行设置。在设置好无人机的参数以后，即可开展航测工作，让无人机在飞行过程中将拍摄到的影像数据通过传感器传输至计算机终端，并在后续工作中对影像数据进行统一处理，将无人机捕捉到的图像按照相应比例进行还原，在此基础上制作与矿区分布情况相符的测绘图，重点在测绘图中对矿区所在位置以及矿区危险部位进行标记。在无人机航拍测量技术的支持下，可以实现对影响数据的数字化、制动化处理，在保证测量精准性的基础上，可以有效降低地质矿山治理中绘制测绘图的难度。3.2矿山勘查在地质矿山治理中，除了需要掌握纵向、横向等平面信息外，还需要详细掌握深度这一空间信息，在得到平面地图之后还需要进行实地勘查，尤其是在矿区内部存在许多矿洞，在勘查人员不了解矿区情况的时候开展实地勘查工作有较高危险性，因此可以使用无人机代替人工进行测量，提高矿山勘查工作的安全性。由于无人机具有灵活、轻便的特征，可以深入矿山的每一个矿洞进行测量，勘查洞内是否存在矿产资源或未知危险性、勘查地表是否存在塌陷和裂缝，通过直观了解勘查画面的方式，可以让勘查人员全面掌握矿区的复杂情况，为后续开采矿产资源做好充分铺垫。勘查人员在了解矿区的具体情况以后，再开展实地勘查工作，其安全性将大幅提升，并且在实地勘查的过程中，还可以设置无人机对勘查人员的行动轨迹进行全过程跟踪，以152管理及其他Management and other便控制中心实时了解勘查人员的情况，一旦发展危险可以立即作出响应并采取应急救援措施。3.3预防地质灾害在矿业发展过程中，地质环境治理与修复需要以地质灾害治理措施进行有机结合，在治理工程中要充分考虑施工给矿山环境造成的影响，同时在治理与修复过程中要充分认识到怎样规避地质灾害。在此之前，企业要深入对矿山的情况展开调查，利用无人机技术对矿山地质灾害进行排查，做好地质灾害的监察工作。一方面，企业可以利用无人机灵活、便捷、快速等特征，争取在最短时间内搜集矿山更多有关地质灾害的信息，通过对这些数据信息进行分析，第一时间掌握矿山的实际情况，在数据分析中还可以应用地理信息系统，有效对矿山资质灾害的发生区域进行准确定位，为地质灾害预测、预防、救援等工作做好充分铺垫。应用无人机航拍测量技术，还可以对矿山进行动态化监测，根据前后获取的影像数据，实现对矿区变化情况的精准预判，及时找到矿区内部的不稳定区域，判断各区域发生地质灾害的可能性。结合无人机反馈的数据信息，还可以生成矿山的三维立体模型，从而得到具有较高精度的数字地图，利用计算机软件对影像数据进行细化操作，以便更加精准地对矿山的地质灾害信息进行显示，通过前后对比的方式准确对地质灾害的情况进行预测，为后期预防、治理等工作开展提供可靠依据，最大限度降低地质灾害对地质矿山治理造成的影响。3.4矿山动态监测关键技术在地质矿山治理领域，需要利用无人机航拍测量技术对治理、勘查造成的影响进行有效防范，深入了解矿山的情况，提前预设矿山监测目标，不断完善矿山监测标准，在实际开展矿山监测工作的时候，相关工作人员要结合相关标准合理对工作方案进行制定，确保矿山监测目标的实现，保证地质矿山治理工作顺利开展。利用无人机设备，及时发现地质矿山治理中存在的问题，及时制定科学的解决对策，全面提高矿山治理与勘查的安全性、可靠性。3.4.1DOM制作（1）空三加密。在无人机航拍测量技术中需要用到空三加密技术。其主要用于无人机立体测量，主要是通过提前布设野外实测的地面控制点，在室内条件下对所有影像的外方位元素进行确定，随后对后续测量工作所需内业控制点进行加密，最终得到内业控制点的高程坐标以及平面坐标。在无人机航拍测量中，空三加密主要是在矿山布设野外控制点难度较大的情况下，为无人机提供绝对定向的控制点。（2）DEM生成。DEM生成主要由控制的地形与精度的高差变化决定，高精度DEM还需要人工进行调整，通过对生成的DEM数据进行细化处理，可以最大限度满足后期DOM生成的需求。（3）DOM生成。DOM生成主要结合前时相遥感影像，镶嵌后DOM数据进行多项式配准纠正，在纠正以后影像为后时相遥感影像数据。3.4.2变化图斑信息提取在矿山动态建设中，利用遥感图像处理软件，采用监督分类法可以初步对变化信息进行识别和判断，通过人机交互的方式对监测过程中的信息变化进行准确识别和解释，随后确定各类图斑信息。一方面，该方法可以对矿山开采点位置、开采矿种、固体废弃物占地情况、植被受损程度、地质矿山治理工程等情况进行监测；另一方面，可以对矿山地面沉陷范围、山体垮塌情况、滑坡位置、泥石流位置等情况进行监测。3.4.3野外调查验证在无人机监测区进行野外作业，主要根据监测区的忒单，采用面、点、线相结合的方式进行野外作业。针对解译效果良好的区域，需要以点验证为主，而对于解译效果较差的区域，需要以面验证为主。在野外踏勘中，需要提前对重点监测区域进行确定，以便对重点区域圈定的合理性进行验证。实际踏勘过程中，需要利用无人机对矿山进行实地勘查，了解被监测矿山的位置、规模、地质、地貌等特征，明确矿山采矿方式以及固体废料分布情况。在野外实地验证中，需要首先在室内提取无人机拍摄信息，通过实地勘查的方式，对室内获取的无人机拍摄信息的解译是否准确进行验证，同时对室内作业期间存在疑问的信息进行验证和补充，以便及时对错误信息进行修正，更好地支持地质矿山治理工作开展。同时，针对地质灾害形成的影像数据，如构造发育程度、地形坡度等，需要通过无人机遥感影像对可能出现地质灾害的区域进行圈定，通过无人机的前期调查有针对性前往野外进行信息验证。4 结语综上所述，在社会不断进步的背景下，矿业发展过程中越来越注重开发前后的勘查工作，为最大限度满足矿山开发以及矿山治理与修复等工程的需求，可以利用无人机设备进行航拍测量，以便企业准确获取矿山信息，为后续各项工作创造良好基础。在无人机设备的支持下，可以进行全天候、全方位作业，降低人工勘查过程中存在的各种安全隐患。在应用无人机航拍测量技术的过程中，企业要注重模型制作以及信息验证，在明确矿山基本情况的前提下，组织技术人员前往野外实地勘查，通过人机有机结合完成测量工作，最大限度发挥无人机航拍测量技术在地质矿山治理中的价值。（作者单位：1.河北华勘资环勘测有限公司；2.河北地质四队地质勘查有限责任公司）