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露天矿山测绘中无人机航测的优势与使用

时间:2020-11-27 来源:石化技术 本文字数:2844字
作者:李森,张斌 单位:山西煤炭进出口集团河曲旧县露天煤业有限公司

  摘    要: 科学技术不断发展背景下,机械生产已经逐渐替代了人工生产模式。其中,无人机航测技术的到来,给露天矿山测绘带来了新的突破,不仅测绘精度高,同时也提升了测绘安全性和效率。基于此,本文首先分析无人机航测在露天矿山测绘中的优势,进而探究无人机航测在露天矿山测绘中的应用方法。

  关键词: 无人机; 测绘; 露天矿; 应用;

  矿产行业作为推动国民经济发展的支柱型产业,其中,矿山测绘作为矿山开采的前提条件,如何保证露天矿山测绘质量成为了行业热点讨论话题。无人机作为当今一种新型航测技术,相比传统的人工测绘方法,其具有隐蔽性强、机动性好、效率高、操作简单等优势,可以满足大比例尺成图要求。无人机航测技术一套完善的测绘系统,包含了中央处理器、摄像系统、数据传递与接收系统、数据分析系统等,保证了作业精度和效率,在露天矿山测绘中有很大的发展空间。

  1、 无人机航测在露天矿山测绘中的优势

  1.1、 操作灵活

  无人机技术在多年发展中已经朝多功能化、集成化法向发展,无论是从技术层面还是使用便捷层面,无人机航测相比人工测绘均有很大的优势。如今无人机设备体积更小,携带和操作更加方便,可以根据露天矿山测绘要求更换功能模块,从而更好的满足测绘要求。

  1.2 、精度高

  露天矿山由于地质条件复杂、勘察风险高,存在很多人工难以到达的区域,而无人机抗侧技术则可以高质量完成测绘工作。通过配备高分辨率摄像机和低空飞行信息采集方法,可以提升画面采集精度、提高了工作效果。因此,无人机航测技术的应用可以让采集数据更加精准,并且借助计算机软件形成可视化信息,在后续矿采设计、矿山施工发挥更高的效能[3]。
 

露天矿山测绘中无人机航测的优势与使用
 

  1.3 、应急性强

  露天矿山测绘工作中存在很多的繁琐环节,难免遇到测绘中的不确定因素,此时就要做好应急工作。常规的人机航测中,受到露天矿山的多方因素影响,一旦发生了应急情况,往往无法第一时间采取应对措施,造成人员、资金等损失问题。而应用无人机航测技术,在面对应急情况处理有着更加优异的表现,优于无人机是远程操控、隐蔽性强,遇到紧急情况可以快速撤离,大大降低了人、财、物的损失,还可以节省空间成本。

  2 、无人机航测系统构成

  无人机航测系统主要包含:无人机起飞平台、飞行控制系统、数码相机、地面站、无线通信、地面数据处理系等。飞行平台采用了无人机设备,控制系统采用专业的微型无人机控制系统,摄像系统搭载高像素、高分辨率数码单反相机,在无人机飞行过程中,飞行控制系统控制相机快门实现定点曝光,采用固定光圈确保物镜畸变参数更加统一[1]。

  为了提升露天矿山测绘效率、实现安装生产目标,要做好无人机航测设计工作,采集1:2000数字线划图,对无人机航测系统进行试飞验证矿山数据采集精度。除了要做好无人机航线设计和数码相机调整,还要在地面上指定位置设置控制点,通过区域网空中三角测量自检方法,计算出系统误差根源,对像点位置坐标值进行修正,确定内方位元素、物镜光学畸变数值,保证相机标定精度,将标定结果应用到无人机航测系统中,这样即可借助无人机航测系统在区域大比例尺地形图中采集高精度数据信息。

  3 、无人机航测在露天矿山测绘中的应用

  无人机航测在露天矿山测绘中应用,必须要保证航测准备充分,设计好飞行航线、精准布孔像控点,严格控制无人机的航测过程,并对所测图像数据精度进行校核和转换,这样才能够保证无人机航测质量。

  3.1、 航测准备

  要保证无人机航测准备工作足够充分,做好航测计划、设备质量检验、相机校验等工作。计划当中,借助GPS定位技术将矿山限位叠加,确定露天测绘任务范围,掌握矿山的地形情况、矿产分布情况,还要通过前期勘察判定是否存在空中管制,确定无人机平台设计区域,针对可能遇到的紧急事故制定应急预案。在指定位置搭设好飞机运行平台[2]。

  3.2 、航线设计

  在矿山测绘分辨率选择中,要结合不同比例尺成图标准以及矿山地形条件、基高比、测图等高距等信息,在确保成像精度满足设计标准基础上,尽可能减少成像周期。相比传统的人机测绘来说,无人机航测设备体积更小,因此电池规格也会缩小,影响了单次航测面积、传感器像幅,如果是采用电驱无人机,因为续航问题可能无法一次性测绘完成,这就要进行分区航测,对露天矿山测绘区域进行划分。在区域划分中,要保证航测布设与飞行路线保持一致,以航测航高为基准,要求分区地形高差在航高1/6以内,保持航线足够平直的基础上,最大程度上区分跨度,并覆盖整个矿山测绘区。

  3.3、 像控点布设

  为了满足无人机航测精度,要严格控制像控点,可以采用直径为60cm的圆形像控点,并用白石灰粉标记像控点。航线间隔控制在1km以内,每隔一个航线布置平高点。如果无特殊情况下,要在航向、旁向6片重叠范围设置像控点,保证像控点共用性。分区重叠部位也要布设像控点,提升像控点利用率。借助RTK设备对每个像控点布置精度进行检测,通过2次测量取均值后作为标准点,确保整体精度[3]。

  3.4、 航测

  由于露天矿山区域风力较大,并且风力会影响最终测绘成像,因此要保持风力不超过4级情况下开展航测工作。在无人机飞行中地面监测站实时观测无人机飞行仰俯角、航向角、横滚角等参数,如果无人机长时间无法校正飞行参数,要立刻召回重新飞行。无人机航测中会生成原始图、图片参数、航线、相片结合图、CNSS数据,这些都会影响最终的测绘质量。要求最终航测结果成像清晰、反差适中、色调柔和、层次分明,在图像放大之后可用肉眼看到矿山地物形象和矿产分布,更好的满足模型标准。

  3.5 、测绘精度分析

  可以借助INPHO全数字摄影系统实现空三加密,根据无人机实际飞行状况、像控点布设情况,设置相应的区域网加密,将航测数据整理之后,借助INPHO软件中Match-AT模块,导入航测数据参数,系统会自动生成图形,匹配相应的连接点,计算出航测区域的网平差,最后再导入加密成果、mapmatrix文件,即可形成露天矿山立体数据模型。在高程差精度检测中,将无人机航测数据倒入到软件中生成DTM,在中桩中掺入高程值,和RTK检测高程值对比,这样即可得出高程差,并在坐标系中呈现,x坐标为高程差区间、y坐标为中桩点数与差区间对比。比较差数值与航测精度直接挂钩,通常比较差比重控制在5%即为航测合格[4]。误差检测可参照《低空数字航空摄影测量内业规范》进行,通过分析定向点、连接点误差,计算平差结果计算测绘区域飞机航高,即可对影像结构精度进行校验,分析检测结果是否可以满足1∶2000地形图测图标准。通过以上操作流程,即可提升无人机航测在露天矿山的应用精度,得到十分清晰的影像数据,在小区域大比例尺地形测绘中有着很大优势。

  4、 结束语

  综上所述,为了能够保证露天矿山测绘质量,加强无人机航测技术的研究有着重要意义。在无人机应用当中,需要做好前期准备工作,设计好飞行航线,保证像控点布置精度,加强航测过程控制,分析航测结果精度,做好每个细节工作,这样才能够提高无人机航测在露天矿山的使用效能,保证露天矿山测绘工作顺利完成。

  参考文献

  [1]张金波.探究无人机航测在矿山测绘中的运用[J].科技创新与应用,2017(3):66-67.
  [2]李传兵.探究无人机航测在矿山测绘中的运用[J].山东工业技术,2017(20):148-149.
  [3]刘伟.测绘新技术的在矿山测量中的应用分析[J].石化技术,2020,27(2):356+362.

  原文出处:李森,张斌.无人机航测在露天矿山测绘中的应用[J].石化技术,2020,27(09):117-118.
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