基于无人机和 GIS 技术的矿山测绘方法研究论文

 

　　关键词：无人机技术,GIS技术,矿山测绘方法

 

　　在经济发展中，矿山提供了重要的资源支持，而对于矿山来说，其测绘管理十分重要。在以往的矿山测绘工作中，不但时间较长、消耗较大，同时对于地理信息很难准确、全面的取得。而基于近年来各种先进技术的应用，在矿山测绘工作中，可应用无人机和GIS技术，能够保证地理信息获取分析的准确性与高效性。在先进技术的支持下，对矿山测绘方法进行重新布局，极大的提高了测绘效率，保证了测绘结果的可靠性和可用性，因此具有重要的价值。

 

 

　　在矿山测绘工作中，主要是采集矿山的地理空间信息，通过处理分析后了解矿山的矿物储量、资源分布、地质构造、地形地貌等数据信息。矿山测绘中主要应用地理信息系统、遥感技术、测量仪器等方法工具，获取矿山的环境情况、资源潜力、地理特征等，进而在矿山的管理开采及规划中提供参考。矿山测绘的结果对于生态保护、资源勘探、矿区评价、矿山设计均有重要作用，有利于提升矿山开采效率，减少环境破坏，使矿山实现可持续的安全运营。矿山测绘中应用的技术方法有很多，其中无人机和GIS技术具有明显的优势，能够为矿山测绘提供有力的支持。

 

 

　　无人机是一种无人驾驶的飞行器，能够按照预设路径自动飞行，也可遥控飞行。该技术能够完成很多工作，包括检测监测、数据采集、航拍摄影等。无人机可搭载各类设备及传感器自主飞行，包括激光雷达、摄像机等，在数据采集及执行任务中十分精确和高效。无人机的多功能性和灵活性优势，使其在矿山测绘、灾害响应、环境监测、农业生产等领域中都有着较高的价值。其中在矿山测绘方面，无人机技术的应用优势也十分明显。

 

　　1.1.1数据采集高效快速

 

　　在以往矿山测绘工作中，耗费的资源、时间、人力都比较大，地形测量工作也很复杂。而无人机能够在数据采集工作中提高效率和速度，其可在短时间内对大范围区域加以覆盖。借助配备的激光雷达、高分辨率摄影机等设备，获得精准的测绘数据。在数据采集过程中达到了自动化要求，同时也保证了采集数据的可靠性、准确性。

 

　　1.1.2任务执行灵活多样

 

　　无人机具有很高的灵活性，因此在矿山测绘中能够完成各项工作任务。通过遥控无人机在矿山周围飞行，运用遥感技术、导航系统等，实现定位及数据采集。无人机可使用多种测量模式工作，包括热红外扫描、多光谱成像、全息摄影等，对矿山恢复治理、植被、地貌、地形信息加以获取。面对复杂的矿山环境，无人机也能够很好的完成监测及安全巡查等任务，能够及时找出潜在问题，辅助制定相关决策。

 

 

　　GIS技术指的是地理信息系统，融合了空间分析及可视化、地理数据集成等功能，可对地理信息进行捕获管理及分析展示。该技术借鉴了计算机科学、遥感技术、地图学、地理学等学科知识，可存储查询分析地理空间数据，同时完成可视化处理。能够让人们对各种地理现象做出解释与理解，同时为资源管理、规划设计、决策制定等提供依据和参考。目前，GIS技术已经在灾害管理、土地管理、环境保护、城市规划等领域中发挥了作用。GIS技术中融合了属性数据、地理数据，可在地理信息管理分析中提供综合性的支持，辅助研究解决相关的空间问题。因此，GIS技术在矿山测绘中也有明显的应用优势。

 

　　1.2.1数据集成和空间分析

 

　　运用GIS技术可以将地下水位、地质图、遥感影像、地形图等空间数据加以整合。在集成组织这些数据信息之后，可为矿山人员提供参考，辅助掌握矿山的资源分布、地理特征等情况。而且，GIS在空间分析方面也有较强的能力，能满足土地利用变化分析、地质断层分析、地形剖面分析等工作要求，使相关人员更充分的掌握矿山环境情况，实施合理的管控措施。

 

　　1.2.2数据可视和决策支持

 

　　GIS技术通过可视化的方式，呈现出复杂的地理数据，运用三维模型、数据图表、制作地图等方式，直观的展现出矿山测绘数据。通过这样的可视化途径，矿山人员对于数据的理解和解释将更为贴切，在制定决策时也会更为精准。GIS技术可满足空间分析及查询需求，在风险评估、环境影响评价、资源评估等方面，也能为矿山人员提供决策辅助。使用统一的GIS平台，集成各类数据信息，使相关人员能够对矿山风险及潜力全面评价，从而在矿山开发管理中做到准确无误。

 

 

　　在基于无人机和GIS技术的矿山测绘中，系统架构主要包含了GIS分析平台、数据传输处理设备、数据采集设备、无人机飞行控制系统等。在整个系统架构当中，应对各组件之间的协调提供保障，确保可以无缝传输数据。在具体工作流程上，主要是规划任务，放飞无人机并采集数据，获取数据后进行处理及GIS分析。在具体执行中，技术人员要对目标测绘区域加以明确，设定相应的飞行计划和参数。控制无人机根据预定飞行路径完成航拍，采集数据后，传输到系统中进行预处理。将预处理数据整合到GIS平台，完成数据分析及可视化呈现。最后根据所有的数据信息，形成科学合理的矿山测绘解决方案。在此过程中，对于矿山地形地貌测绘的规划，应当对测绘区域范围、测绘精度要求加以明确。技术人员参照矿山实际信息，结合测绘目标，划定明确的测绘区域范围。在界定过程中，主要参照了地质构造、开采区域、矿山边界等信息，并且综合矿山的复杂程度和实际规模。可以将整个矿山区域划分成不同的子区域，分别实行测绘，这样能够对地形地貌变化细节清晰掌握。

 

　　同时，技术人员按照矿山实际需求，规定测绘精度标准，主要是水平及垂直方向上的精度要求。一般利用高程或地形点测量误差，衡量其垂直精度，具体参照矿山实际情况标准，将精度确定到分米或厘米水平。利用地形地貌变化情况结合矿山实际应用需求，设定水平精度要求。再依照选定区域范围与测绘精度要求，合理确定具体的测绘技术。一般对于地形地貌测绘，可使用无人机配备航空摄影、激光雷达等设备完成。通过航空摄影，得到的航拍图相关分辨率较高，可辅助制作三维模型、正摄影像等。运用激光雷达，能对点云数据加以采集，确保地形地貌信息的精准性。具体可以参照实际要求，单独选用一种或综合利用多种测绘技术，保证测绘数据的准确性与全面性。在选定测绘技术之后，将测绘任务规划制定明确，需要涵盖具体的飞行计划，如无人机的重叠率、高度、路径等。按照地形地貌特点，将航线覆盖范围及航线重叠度加以确定，从而得到充足的数据重叠，在之后的数据处理及准确性评估方面提供支持，进而实现矿山测绘准确性及高效性的要求。

 

 

　　在矿山测绘工作中，运用无人机和GIS技术，必须要做好无人机数据采集工作，才能为矿山测绘提供准确依据。使用无人机配备传感器，获取高分辨率的航拍图像及点云数据之后，根据航拍图像形成三维模型、正摄影图像等，利用点云数据获取地形地貌具体信息参数。在数据采集工作中，按照既定的任务规划，在地理定位系统的指导下，由无人机保证精确定位，控制好飞行轨迹。采集获取相关数据之后，由系统对采集到的数据实行相应的处理。比如对航拍图像，要开展影像拼接、图像融合、几何校正等处理，确保形成的地形模型、正摄影像等具备足够高的质量水平。而在点云数据方面，还应采取点云配准、特征提取、去噪等操作，从而保证得出的地形地貌信息准确无误。此外，在图像及点云数据处理中，能够引入计算机视觉与机器学习算法，实现精准的目标识别分类，为矿山测绘提供更多信息支持。在处理航拍图像时，考虑到无人机的飞行高度、拍摄角度等方面的差异，所得到的图像之间，往往会有一定的重复、重叠部分。因此还需要做好影像拼接、图像融合等操作，这样能够确保得到的最终地形模型与正摄影像的连续性和无重叠性。

 

　　在具体操作中，图像在系统中完成预处理，进行了畸变去除、图像校正等处理，使用图像处理软件、相机参数校准等方法完成，这样得出的航拍图像几何校正及质量比较高。图像校正之后，需提取匹配特征，将图像中的特征点、匹配点识别。然后对多个航拍图像借助图像融合算法加以融合，使图像之间的重复重叠区域得以清除。在融合算法中，按照图像纹理、亮度、颜色等特征，调整混合权重，进而得出连续无重叠图像。在影像拼接过程中，图像融合后需要拼接成一张大范围的正摄影像，使用重叠区域、图像配准的匹配点，完成影像拼接。利用配准算法，使多个融合后图像完成缩放、旋转、平移等操作，实现空间对齐。再利用像素级叠加融合处理，使图像拼接形成完整的正摄影像。使用影像拼接处理、图像融合处理等技术，得出的地形模型及正摄影像质量很高，能为矿山测绘提供准确性及连续性方面的保障。得出地形模型及正摄影像之后，可以据此计算资源量、分析矿山地貌，支持矿山开发管理决策。

 

 

　　在基于无人机和GIS技术的矿山测绘当中，GIS技术发挥着重要的功能。无人机采集数据之后，需要和现有地理数据在GIS平台中整合，例如地质图、遥感图像、地形图等。在这些数据之间，形成属性及空间层面的关联，进而构建综合性地理信息数据库。在GIS平台中整合数据后，系统可完成空间分析及数据处理，如通过分析地形剖面，对矿区坡度变化、地形起伏加以掌握。运用地质断层分析，能够了解潜在地质风险，掌握矿产资源分布。借助土地利用变化分析，对矿山开采影响周围环境的情况进行监测。再结合环境影响评估、矿区可行性分析、资源量计算等功能，在矿山管理决策当中提供充分的参考和支持。利用无人机采集获取的数据，结合当前的地质图、遥感影像、地形图等，为矿山测绘提供更精准的结果保障。技术人员使用GIS系统，掌握无人机数据准确位置信息，然后将无人机采集获取的航拍图像、点云数据等，和地形图完成空间关联，进而将地物地貌具体特征展示在地形图中。

 

　　进行关联处理之后，无人机数据能够在地形图上进行叠加，呈现出的航拍图像、点云数据等也有了相应的地形信息。技术人员可利用无人机数据和遥感影像的空间关联，让遥感影像也配备高分辨率及广覆盖的地表信息，再配合无人机数据就能对矿山区域植被覆盖、地貌情况等信息加以掌握。运用GIS平台，通过空间关联叠加，使无人机数据与遥感影像得到整合，从而使图像数据更为综合、细化，在分析地表情况及评估资源信息的时候，提供了有力的支持。在矿山测绘工作中，地质图是一种关键性的数据信息，对无人机采集获取的数据和地质图完成空间、属性关联，能够运用GIS平台，对矿区的矿产分布和地质构造信息加以获取。利用此种关联操作，可为矿山管理人员在矿区规划、矿产资源评价、地质风险评估方面提供参考。在GIS平台中，空间分析能力很强，能够分析地形剖面及地质断层，并计算具体的资源量，为矿山测绘工作提供了更加丰富的数据来源。通过综合分析与数据集成，能让矿山管理人员对矿山区域地理特征实现更加全面的调查分析，从而在矿山作业规划中提供丰富有效的参考。

 

 

　　在矿山测绘当中，运用无人机和GIS技术，能够采取不同的形式展示应用其测绘结果。例如，借助GIS平台，对三维图形、图标、地图等加以创建，使矿山地理信息、数据分布等得到直观展示。矿山技术人员可以利用可视化工具，对测绘结果准确理解与解释，进而以此为基础制定合理的决策和规划。在矿山规划设计中，使用获取的测绘结果数据，促进矿山开发计划的改进，使资源开发利用效率得到提升。根据测绘结果，可以评估周围的生态环境情况，辅助环境监测及生态保护的实施，制定有效的措施修复与保护。例如，在评估矿山恢复治理质量的时候，技术人员可借助无人机采集数据，了解地表地貌地形信息，然后根据矿山恢复治理采样数据，评价矿山周围矿山恢复治理质量现状。然后使用GIS平台，构建矿山恢复治理质量模型，从而实现对矿山开采影响矿山恢复治理质量的问题做出定量分析，同时对矿山恢复治理污染潜在风险做出预估。

 

　　通过这一应用，为矿山恢复治理的方案计划制定提供辅助，尽量降低矿山作业给矿山恢复治理环境造成的不利干扰。除此之外，运用无人机和GIS技术，获取的矿山测绘结果，对于生态保护也有着十分重要的意义。例如，根据测绘分析结果，能够了解到矿山周围的生物多样性信息。使用无人机航拍图像，能够识别分类周围的植被类型，掌握其分布情况。结合地质数据联系，能够对矿山活动影响生物多样性的具体情况做出评价。以此为基础，能够制定合理的生态保护方案，尽可能修复生物栖息地，使周围生态环境得以恢复。基于无人机和GIS技术的矿山测绘方法，除了掌握具体的地形地貌和资源分布信息，也能用于监测评估矿山周围的环境，将存在的环境问题及时发现，制定科学的保护修复策略，进而为矿山可持续发展及生态环境与生物多样性的保护提供支持。

 

 

　　目前，随着经济发展建设对矿产资源需求量的增加，在矿山作业中也需要进一步提高管理水平。而矿山测绘作为矿山开采开发的重要依据，也应当不断提高工作水平。随着无人机技术和GIS技术的发展应用，为矿山测绘提供了更充分的技术支持。利用这些技术，能够将数据采集处理效率提升，获取更为全面、更加准确的地理信息，在矿山恢复治理管理及保开发等方面均提供了更多的支持和辅助，使矿山测绘工作质量大大提升。