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无人机技术在金属矿山测量中的应用探讨论文

发布时间：2024-11-28 10:39:11 文章来源：SCI论文网我要评论

　　摘要：在当前科学技术快速发展的背景下，以航空摄影测绘为代表的新测绘技术不断涌现，并取代传统测绘技术应用于金属矿山测量之中。新测绘技术在实际应用中可以有效弥补传统测绘技术效率低、精准性不足等缺陷，为开采作业提供更准确的数据支持。基于此，文章以航空摄影测量技术为例，深入探究其应用原理和应用优势，并结合具体工程对该技术应用要点以及成效进行分析，通过文章研究结果，以期为行业发展提供参考。

　　关键词：测绘新技术,金属矿山,矿山测量

　　随着全球经济发展对金属资源的依赖性逐渐加深，金属矿山在维持全球产业链中发挥关键作用，其不仅为众多工业领域提供必要原材料，还在推动经济持续增长中发挥基石作用。由此为保持在全球市场中的竞争力，提升开采效率并确保环境可持续性，矿山管理者必须加大对新技术的探索与应用力度。在国民经济快速发展背景下，矿山行业也面临转型和升级压力。为更准确地获取矿山环境相关信息，为决策提供科学依据，引入先进的无人机航空摄影测量技术显得尤为迫切。该技术在实际应用中主要通过高效、高精度的航拍手段，快速获取矿山地形、地貌及资源分布等信息，为矿山规划、开采和安全监测提供必要数据支持。相较于传统测量方法，无人机航测具备更高的灵活性和覆盖范围，可在短时间内完成大面积区域的测量任务。同时，该技术还可保证测量所得数据的真实性和可靠性，为矿山管理提供准确、全面的数据支持。

　　1测绘新技术概述

　　在当前科学技术高速发展背景下，多种测绘新技术被广泛应用于金属矿山测量中并展现出巨大潜力，可为矿山数据采集以及分析提供必要工具以及方法支持。当前测绘新技术主要分为以激光扫描测量、无人机摄影测量为代表的光学测量技术、遥感技术、全球导航卫星系统（GNSS）以及数据处理和地理信息系统（GIS）。

1.1光学测量技术

　　当前应用较为广泛的光学测量技术主要包括激光扫描测量、无人机摄影测量两种。其中，激光扫描测量技术凭借其独特的优势，成为矿山测量中的核心工具之一。该技术主要利用激光束反射原理，通过高速扫描地表，迅速捕获并生成高密度点云数据，随后依据点云数据构建高分辨率的数字地形模型（DTM），为矿山规划、开发和监测提供直观的三维地形信息；无人机摄影测量技术在实际应用中展现出较为独特的优势。其主要通过无人机所搭载的高分辨率相机，迅速捕捉并获取大面积地表图像。所采集图像信息不仅具有高清晰度和详细的纹理信息，同时也可快速生成连续的地表覆盖数据，进而最大限度地提升地形和地貌的分析过程准确性、全面性和高效性。与此同时，无人机摄影测量技术还结合全球定位系统（GPS）技术，实时、准确地提供无人机的位置信息，从而确保所拍摄地表图像具有精确的地理坐标。该技术优势使得无人机摄影测量技术可为矿山地理信息系统提供丰富且准确的数据支持，有助于完善矿山的空间布局、资源分布和开采规划等方面信息。在实际应用中，无人机摄影测量技术不仅可显著提高矿山测量效率以及精度，同时也显著降低人力成本和时间成本。此外，该技术还具备较强灵活性以及可扩展性强特点，可适应不同地形和地貌的测量需求。因此，无人机摄影测量技术在矿山测量作业中具有广泛的应用前景和重要实用价值［1］。

　　1.2遥感技术

　　在金属矿山测量中，卫星遥感技术凭借其全球数据覆盖的能力，可对矿山区域变化进行实时监测，可检测内容包括地质特征识别、环境条件监测、开采进展跟踪及土地利用变化等。相关信息对于提高矿山生产效率、强化环境管理至关重要，可为决策者提供必要数据支持。而无人机遥感技术在实际应用中也展现出巨大潜力。该技术在实际应用中展现出显著高分辨率图像和数据捕获能力优势，可为矿山管理提供便利条件支持。无人机可定期飞越矿山区域，实时获取矿山详细状态信息，为地形测量、设备监测及环境监测提供可靠数据支持。此外，无人机遥感技术的快速响应和高质量数据输出特点，也可切实推动矿山监测和管理向精确性以及高效性方向发展，为提升金属矿山管理成效提供必要保障［2］。

　　1.3 GNSS和GIS技术

　　GNSS技术主要用于精准确定接收器位置，是金属矿山测量的重要工具。矿山操作员在实际工作中可操作GNSS接收器，便捷地实现标记地点、导航设备目标，同时对设备状态进行有效检测。其高精度位置信息对矿山活动及资源管理具有重要影响，可为地质勘探和资源管理提供有力数据支持。

　　在金属矿山测量中，GIS（地理信息系统）和数据处理技术同样发挥重要作用。GIS技术在实际应用中可对不同地理信息进行整合，为数据分析和可视化提供必要支持，帮助矿山管理者全面获取地形、资源分布及环境条件相关信息，并为决策制定提供相应辅助。此外，GIS还可提供数据共享与协作平台，切实强化团队合作力度，提高整体效率与协同能力［3］。

　　2无人机航空摄影测量技术原理

　　无人机航空摄影技术是对高空作业、摄影成像、遥控、微波传输及计算机影像处理等核心功能的集成。无人机的高空作业特点可为摄影提供广阔的视野和独特视角支持。技术人员可通过远程遥控方式，利用无人机上搭载各种先进设备实现获取金属矿山数据目标。例如，其搭载的高分辨率CCD数码相机，可捕捉到清晰度极高的图像，为后续图像处理提供丰富的素材支持。无人机还可搭载光学相机，利用光学原理对图像数据进行捕捉，其可满足不同光照环境和拍摄需求。同时，红外线扫描仪和激光扫描仪可确保无人机在夜间或恶劣天气条件下进行拍摄，大幅拓展其应用范围。此外，无人机中还可搭载磁测仪，进而获取地面磁场数据，为地质勘探等领域提供重要支持。搭载于无人机上的设备可通过微波传输技术，将所采集数据实时传输到地面站，确保数据及时性和准确性［4］。

　　当所采集影像数据传输到地面站后，即可通过专业的数字测图、绘图软件进行处理。相关软件可自动识别图像中地物特征，并进行高精度测量和绘制。同时，配合高精度绘图工艺，可生成满足不同比例尺（例如：1:1000、1:2000、1:5000）需求的地图和图像。经过完善与修饰的图像，不仅具备较高真实性和准确性，同时可呈现出丰富的细节和色彩，为矿山管理提供有力支持。

　　3无人机航空摄影测量技术的实际应用

　　3.1矿区概况

　　为深入探究无人机航空摄影测量技术应用要点，文章选取某金属矿山测量项目为例进行详细分析。该项目主要目的为明确所选金属矿山开采情况以及储量变化情况，测量人员会依据无人机摄像测量结果构建出相应三维模型，并对历史三维模型进行对比分析，进而直观地明确金属矿山开采实际情况［5-6］。

　　案例中需观测矿区范围为2.5km2，观测区域为丘陵地貌，海拔在+460~650m区间范围内，高差为190m。此次观测要求为构建1:1000比例尺的三维模型构建提供数据，考虑到观测区域为丘陵地貌，为确保满足观测精度要求，此次观测要求平面位置误差以及等高距分别控制在±0.6m以及1.0m左右，等高线插值点中位差控制在±0.5m。

　　3.2无人机测量系统

　　无人机测量系统本质为集成导航、飞行和倾斜摄影技术于一体的摄影平台，其实际运行中捕捉多角度的影像，为三维模型纹理数据提供丰富素材。通过尖端的定位技术，该系统可确保所捕获图像信息带有精确的地理坐标，为测量工作提供高效、高精度的保障。针对此次测量任务，测量人员选用大疆精灵Phantom4无人机，该款设备在满载状态下可持续飞行60min，并搭载高性能航空摄影机，具体参数如表1所示。

　　应用无人机航空摄影测量技术在大幅优化矿山三维模型构建流程同时，也可确保模型精确度。其整体工作流程如图1所示，具体包含以下步骤：①根据实际测量需求设计和制定精细的测量技术方案；②在预定测量区域内开展控制测量工作，并对无特征点地表进行必要的标记；③执行无人机航空测量任务；④对所采集多视觉影像进行联合平差和密集匹配处理；⑤构建三维地形TIN（不规则三角网）及无信息白模；⑥依托于先进的纹理映射技术，构建出真实、精确的矿山三维模型。

　　3.3无人机航空摄影测量具体应用关键环节

　　3.3.1像片控制测量要点

　　在案例矿区航空测量项目中，为切实保障数据精确性和测量效率，测量人员具体工作中选择采用区域网布点方式，科学合理地布置像片控制点。具体而言，测量人员依照400～500mm的精确间距，在矿区整体范围内均匀布置14个像片控制点。该布局既考虑到测量的全面性，同时也确保数据的准确性。

　　在14个像片控制点中，测量人员特别挑选4个点作为空三检查点。相关地位作用至关重要，其可以帮助测量人员对测量准确性进行检验，进而保障测量整体过程满足预设标准要求。而其余10个点则用于平差计算，通过精密的计算处理，以进一步修正和优化测量结果，提高数据可靠性。

　　在控制点的测量过程中，测量人员选用先进的RTK法。该方法具备高精度、高效率特点，可切实保障所有控制点均可得到准确的测量数据。测量人员在具体工作中不仅对每个点进行独立测量，而且每个点都测量两次，以确保数据稳定性和准确性。同时，在具体工作中还严格遵循国家标准坐标系，以保障测量所得数据统一性和可比性。

　　经过严格检查和处理，案例观测项目实现对像控制点的高程和平面中误差进行有效控制目标。具体而言，高程中误差被控制在34mm以内，而平面中误差则被控制在23mm以内。该精度完全符合测量规范要求，可为后续矿区航空测量工作提供坚实数据基础。

　　3.3.2倾斜测量环节要点

　　案例项目倾斜测量环节主要采用大疆无人机进行，其中搭载有先进的航空摄影系统。背景图像取自谷歌影像，以确保测量区域定位精准性。测量人员工作中基于测量相对高程、地面分辨率、航线间隔及基线等关键信息设计出相应航空测量航线，具体航线布置如表2所示。在具体测量过程中，通过4次飞行成功捕获了1105张地表分辨率为8米的倾斜摄像影像，为后续测量分析提供丰富的数据支持［7］。