蘆 斌

（華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000）

礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)，難度極大，因?yàn)榇蟛糠值V山位于地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這種地理?xiàng)l件往往會(huì)給監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)很大困難。以往礦山儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作都是一項(xiàng)龐大的工程，需要消耗大量時(shí)間，難以取得預(yù)期的監(jiān)測(cè)效果。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，工作人員可以借助無(wú)人機(jī)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的測(cè)量。相較于傳統(tǒng)的測(cè)量模式，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量一般在空中進(jìn)行作業(yè)，復(fù)雜地形對(duì)測(cè)量工作的影響較小，實(shí)際的監(jiān)測(cè)難度較小。與此同時(shí)，無(wú)人機(jī)機(jī)載平臺(tái)將高分辨率的數(shù)碼相機(jī)，通過(guò)這些攝像頭，該調(diào)查區(qū)域的圖像信息可以快速、準(zhǔn)確地獲得，并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，可以有效地減少對(duì)礦區(qū)的破壞。此外，依靠無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作消耗的人力、物力資源較少。一旦天氣條件允許，測(cè)量人員就可以在采空區(qū)通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，就可以在大范圍的礦區(qū)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量，資源投資少，經(jīng)濟(jì)效益突出。因此，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)良好的應(yīng)用在礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中為監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)了極大的便利，有利于促進(jìn)監(jiān)測(cè)工作的發(fā)展[1-3]。

1 礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的基本概念

1.1 礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是指礦山企業(yè)選擇合格的地質(zhì)調(diào)查機(jī)構(gòu)開(kāi)展地質(zhì)調(diào)查，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需要在國(guó)土資源管理部門(mén)的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下嚴(yán)格依照國(guó)家法律、法規(guī)的要求來(lái)進(jìn)行以強(qiáng)化監(jiān)督和管理整個(gè)的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程。我國(guó)進(jìn)入21世紀(jì)之后，礦產(chǎn)資源短缺的現(xiàn)象變得越來(lái)越嚴(yán)重，這對(duì)礦山資源的合理開(kāi)發(fā)利用提出了挑戰(zhàn)。采礦產(chǎn)業(yè)在中國(guó)仍然具有破壞性，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。礦山儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的工作需要堅(jiān)持以人為本的原則，堅(jiān)定地建立和全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，實(shí)現(xiàn)全國(guó)礦產(chǎn)儲(chǔ)量管理會(huì)議的精神，加強(qiáng)對(duì)礦業(yè)企業(yè)礦產(chǎn)資源的監(jiān)督和管理力度，從而促進(jìn)礦山企業(yè)的發(fā)展。為了保證經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，提高礦產(chǎn)資源的利用率，對(duì)礦山中的礦產(chǎn)資源和儲(chǔ)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理十分必要，第一，開(kāi)展礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作來(lái)對(duì)礦山中的礦產(chǎn)資源和儲(chǔ)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，有利于加強(qiáng)礦產(chǎn)管理的行政職能；第二，開(kāi)展礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作可以實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源收集和存儲(chǔ)之間的聯(lián)系，這有利于通過(guò)礦產(chǎn)資源的收集和支付費(fèi)用來(lái)維護(hù)礦產(chǎn)資源的國(guó)家所有權(quán)；第三，開(kāi)展礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作有利于資源開(kāi)發(fā)和利用的監(jiān)督管理，從而引導(dǎo)礦山企業(yè)合理利用資源，保護(hù)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境。

1.2 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)

隨著我國(guó)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)人機(jī)作為一種新型的飛行裝備，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化發(fā)展的進(jìn)程中，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，其用途也逐漸增加。科研人員在具體應(yīng)用中不斷完善其功能，無(wú)人機(jī)在工程建設(shè)、采油、消防等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。無(wú)人機(jī)具有操作靈活、方便、智能化等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)使用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，可以獲得準(zhǔn)確的航測(cè)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)繪獲取數(shù)據(jù)以及分析數(shù)據(jù)的目標(biāo)。無(wú)人機(jī)通常配備廣角攝像頭，用于捕捉周?chē)h(huán)境的圖像。廣角相機(jī)可以全方位旋轉(zhuǎn)，特別是在低空飛行時(shí)，相機(jī)的分辨率非常高，寬闊的視野可以保證測(cè)量工作的整體質(zhì)量。無(wú)人機(jī)的操作非常簡(jiǎn)單，所有的動(dòng)作都是通過(guò)遙控控制的。隨著科技的飛速發(fā)展，無(wú)人機(jī)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一鍵式起飛、返航、降落等功能。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)已逐步向智能化方向發(fā)展。人工智能技術(shù)與無(wú)人機(jī)的結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)作業(yè)的智能化，無(wú)人機(jī)具備了智能跟隨、環(huán)境感知、避障、視覺(jué)跟蹤等功能，大大提高了無(wú)人機(jī)的應(yīng)用價(jià)值。無(wú)人機(jī)作為一種現(xiàn)代化的飛行裝備，需要由專(zhuān)業(yè)人員、遠(yuǎn)程操作和相關(guān)程序良好的配合，從而確保航空攝影的目的可以實(shí)現(xiàn)。為了保證無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)得到更好的應(yīng)用，各行各業(yè)都在研究無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。在目前。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)主要有三種，分別是綜合測(cè)量法、全方位測(cè)量法和劃分測(cè)量法。其中，綜合測(cè)量法適用于大面積土地調(diào)查，全方位測(cè)量法更適用于山區(qū)，劃分測(cè)量法在丘陵地區(qū)廣泛應(yīng)用。因此，相關(guān)人員可以根據(jù)礦區(qū)的地形特點(diǎn)來(lái)選擇無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，從而保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。

2 礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的可行性

2.1 精度分析

對(duì)于傳統(tǒng)的礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)測(cè)量方式來(lái)說(shuō)，最大的問(wèn)題就是其精度的確定。一般來(lái)說(shuō)，真值是由傳統(tǒng)的測(cè)量模式確定的，偏差值是由傳統(tǒng)測(cè)量模式得到的結(jié)果減去無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量得到的結(jié)果，相對(duì)誤差則是由偏差值處以真值得到的結(jié)果。舉個(gè)例子，借助無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的礦場(chǎng)甲和乙進(jìn)行可行性測(cè)量，另兩個(gè)礦區(qū)的相對(duì)誤差要小于10%。采取傳統(tǒng)測(cè)量模式的甲礦坑中存在校對(duì)堆積的問(wèn)題。然而乙礦中由于使用無(wú)人機(jī)攝影檢測(cè)技術(shù)，所得到的誤差在1%以下。由此可見(jiàn)，相較于傳統(tǒng)的測(cè)量模式，借助無(wú)人機(jī)攝影得出的測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確。

2.2 效率統(tǒng)計(jì)

通常而言，工作人員要在無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用過(guò)程中布置5個(gè)像素點(diǎn)，使用分辨率較高的相機(jī)。由于相應(yīng)的DOM和DEM的限制，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)拍攝200多張?jiān)颊掌臅r(shí)間為16個(gè)小時(shí)，而運(yùn)用傳統(tǒng)的測(cè)量模式則需要42小時(shí)。因此，在礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量所需要的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)模式，檢測(cè)難度較小，檢測(cè)效率較高。

3 礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

3.1 獲取處理數(shù)據(jù)

首先，航拍方案。在無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，利用了較差航線的航拍。在相機(jī)的幫助下，原始圖像保留在80%重疊的條帶中。不同飛行帶之間有60%的重疊，可以得到真實(shí)的彩色圖像，分辨率為0.06。其次，控制測(cè)量。測(cè)量過(guò)程中在相應(yīng)測(cè)量區(qū)域的中間及周?chē)O(shè)置5個(gè)直徑為1m的控制地點(diǎn)以大大降低具體測(cè)量的難度。再次，空中三角測(cè)量應(yīng)采用波束法，以實(shí)現(xiàn)空中三角測(cè)量。在此基礎(chǔ)上，利用野外工作對(duì)結(jié)果進(jìn)行有效控制，再通過(guò)野外工作進(jìn)一步計(jì)算方向點(diǎn)的高程值和平面坐標(biāo)。最后生成DEM和DOM。人們用三維加密的方法形成一個(gè)三維的點(diǎn)云文件，再結(jié)合點(diǎn)云文件形成攝區(qū)位（測(cè)區(qū)）為1:1000的DEM，此后再借助外部方位元素與DEM微分糾正相關(guān)的數(shù)字，進(jìn)而得到DOM。

3.2 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)礦山動(dòng)用儲(chǔ)量監(jiān)測(cè)

一方面，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)用于測(cè)定礦井底部。在對(duì)礦井底部進(jìn)行開(kāi)采之前，礦坑的原始狀態(tài)為一種自然地貌，類(lèi)似于一些相似的平面。在計(jì)算時(shí)需要假設(shè)兩個(gè)礦坑的上面是礦坑邊緣測(cè)量的高程點(diǎn)的平均值。另一方面，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)用于坑底的確定。在無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用中，利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量生成的DEM來(lái)確定礦物監(jiān)測(cè)的下底面。此后再借助ArGIS Desktop進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算，以上底面減下底面。根據(jù)不同平面內(nèi)的不同參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)。

3.3 地質(zhì)測(cè)量

在地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中，首先應(yīng)采用資源評(píng)價(jià)方法，公式為Q=S×H，其中Q為資源儲(chǔ)量（m2）。S是坑面積（m2）。H為平均開(kāi)采深度（m）。其次，確定資源儲(chǔ)量估算參數(shù)。利用1:100資源儲(chǔ)量對(duì)礦區(qū)的具體面積進(jìn)行了估算。平均開(kāi)采深度是指在不同測(cè)點(diǎn)的幫助下，采場(chǎng)頂部與底部之間的差值。

4 礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用策略

4.1 注重礦山整體測(cè)量環(huán)境

礦山環(huán)境是影響礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要因素。在礦井儲(chǔ)量監(jiān)測(cè)中，礦區(qū)的地理?xiàng)l件可能會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，尤其是在礦產(chǎn)資源開(kāi)采完后，區(qū)域的土壤結(jié)構(gòu)的完整性受到了一定的影響。在這種情況下，礦山的地質(zhì)條件發(fā)生變化之后，后續(xù)的監(jiān)測(cè)工作就不能按照原有的計(jì)劃進(jìn)行，必須要通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦監(jiān)測(cè)不及時(shí)就容易出現(xiàn)礦區(qū)塌陷等問(wèn)題，十分不利于礦產(chǎn)資源的后續(xù)開(kāi)采工作，極大地增加了后續(xù)工作的難度。因此，在測(cè)量過(guò)程中工作人員要嚴(yán)格檢查、分析測(cè)量區(qū)域的環(huán)境，決定測(cè)量環(huán)境保持在一個(gè)良好的小狀態(tài)下，在進(jìn)行礦產(chǎn)資源的開(kāi)采，從而有效保障礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的順利進(jìn)行。

4.2 準(zhǔn)確獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

在確保監(jiān)測(cè)環(huán)境良好的前提條件下，礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作就可以利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。一方面，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量不僅可以獲得測(cè)量區(qū)域的地形數(shù)據(jù)，而且還能夠掌握該礦區(qū)的開(kāi)采狀況。通過(guò)獲取的數(shù)據(jù)以及對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后，相關(guān)人員就可以對(duì)后續(xù)開(kāi)采情況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，從而對(duì)可能發(fā)生的情況提前做好預(yù)案準(zhǔn)備工作，減少很多的安全隱患。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量圖像控制點(diǎn)的布置要注意平、高、平面點(diǎn)的設(shè)置，合理運(yùn)用CORS技術(shù)或RTK技術(shù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)采集、導(dǎo)入與處理提供堅(jiān)實(shí)的保障。

4.3 礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理

航測(cè)數(shù)據(jù)處理作為無(wú)人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，可以有效提高無(wú)人機(jī)低空航測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際處理中，對(duì)于航空相機(jī)的應(yīng)用，測(cè)繪人員利用GPS技術(shù)來(lái)捕捉曝光攝影瞬間設(shè)備的三維坐標(biāo)，在參考無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)參數(shù)的基礎(chǔ)上借助計(jì)算機(jī)云系統(tǒng)處理、分析數(shù)據(jù)。處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中矢量化自動(dòng)映射軟件的應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)圖像的有效收斂，保證圖像顏色的高度統(tǒng)一。矢量化自動(dòng)映射軟件生成的圖像可以進(jìn)一步利用得到測(cè)量區(qū)域的地形圖。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)會(huì)對(duì)一些攝影圖像有一定的影響，如果飛行姿勢(shì)存在問(wèn)題，就很可能降低測(cè)繪工作的精度。因此，測(cè)繪人員還應(yīng)該及時(shí)發(fā)現(xiàn)失真數(shù)據(jù)，對(duì)失真數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。一般情況下，圖像點(diǎn)的位移偏差可以通過(guò)正交校正法進(jìn)行校正。

4.4 監(jiān)測(cè)礦坑上、下底面

要想有效提升礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的成效就必須要做好礦坑上下地面的監(jiān)測(cè)。對(duì)于礦坑上底面，盡量在保持其自然狀態(tài)、保持原有地貌條件的情況下進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，計(jì)算得出礦井邊緣高程點(diǎn)的平均值，進(jìn)而確保礦井上底面的監(jiān)測(cè)是實(shí)時(shí)性的；對(duì)于礦坑下底面，借助專(zhuān)業(yè)化的計(jì)算設(shè)備在DEM生成的基礎(chǔ)上計(jì)算儲(chǔ)量即頂部減底部。另外，在實(shí)際調(diào)查中，相關(guān)人員還需要開(kāi)展礦山地質(zhì)調(diào)查工作，對(duì)于資源儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法和資源儲(chǔ)量估算參數(shù)的確定進(jìn)行分析和研究[5,6]。

5 結(jié)語(yǔ)

在礦山工程中，可以利用技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪工作，這有利于保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。應(yīng)用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以有效提高礦山儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的效率和質(zhì)量，極大減輕工作人員的工作負(fù)擔(dān)。因此，在對(duì)礦山儲(chǔ)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)過(guò)程中工作人員要合理運(yùn)用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)以使其最佳效用得到最大化的發(fā)揮，結(jié)合所在地區(qū)地形地貌的特點(diǎn)，保護(hù)好礦井整體測(cè)量環(huán)境，從而在保證礦山儲(chǔ)量監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠，避免國(guó)家的礦產(chǎn)資源出現(xiàn)浪費(fèi)的情況，在保證礦山周?chē)h(huán)境安全的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為相關(guān)部門(mén)的礦產(chǎn)資源的開(kāi)采提供技術(shù)上的支持，進(jìn)而促進(jìn)礦業(yè)的有序發(fā)展。