礦山工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)測繪中航空攝影測量的應(yīng)用研究

趙晉睿

（河北九華勘查測繪有限責(zé)任公司，河北 保定 071000）

科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，利用傳統(tǒng)的技術(shù)和設(shè)備等無法滿足行業(yè)發(fā)展需求，因此各行業(yè)不斷推出各項新技術(shù)和新設(shè)備，推動整個行業(yè)健康發(fā)展。針對礦山工程設(shè)計工作中需要利用精確性的測繪數(shù)據(jù)，而利用航空攝影測量技術(shù)可以提高測繪資料的精確性，因此在礦山工程地形測繪中需要推廣利用航空攝影測量技術(shù)。不同的礦山工程設(shè)計工作需要利用不同的地形測繪資料，為了保障礦山工程地形測繪工作質(zhì)量，設(shè)計人員需要合理選擇航空攝影儀和航攝比例尺等，提高信息資料的精確度，從而充分發(fā)揮出航空攝影測量的優(yōu)勢。

1 概述航空攝影測量

（1）概念。利用航空攝影測量技術(shù)可以精確性的測量十分渺小的物質(zhì)，因為航空攝影測量技術(shù)可以利用較多的傳感器，同時可以綜合利用紅外線和可見光以及重力等因素，有效控制測量誤差。例如在航空工作中需要發(fā)揮出探測功能，主要是探測周圍物質(zhì)，因此需要利用紫外線傳感器接收各種物質(zhì)的紫外線，從而可以準(zhǔn)確的判斷實際距離。當(dāng)前在礦山工程中廣泛利用航空攝影測量，在實際施工之前需要測量地質(zhì)結(jié)構(gòu)的深度，針對傳統(tǒng)的礦山工程施工，工作人員主要是利用人工測量方式，將會產(chǎn)生測量偏差。如果無法保障數(shù)據(jù)的精確性，將無法正確選擇施工材料，不利于保障礦山工程質(zhì)量，甚至?xí)l(fā)安全問題。因此在礦山工程中航空攝影測量技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，有利于提高定位效率，有效控制礦山工程誤差[1]。

圖1 無人機航空攝影測量作業(yè)流程圖

（2）發(fā)展現(xiàn)狀。航空攝影測量主要是利用各種飛行器和航攝儀器連續(xù)性拍攝地面，通過利用二者可以測量、立體測繪地面目標(biāo)控制點，根據(jù)拍攝的圖片繪制目標(biāo)控制點的地形圖。在社會經(jīng)濟發(fā)展過程中，航空航天不僅僅是研制飛機和探索外太空，而且開始大力研究飛行器，從而為國家發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在這一過程中不斷提高航空攝影測量技術(shù)的自動化和信息化，綜合利用無人飛行器和信息技術(shù)，可以精確的測量地面目標(biāo)。例如利用測量技術(shù)可以定點測量地面，同時可以通過數(shù)字遙感系統(tǒng)存儲測量數(shù)據(jù)。

2 航空攝影測量技術(shù)的特點

（1）數(shù)據(jù)精確性。在礦山工程施工中存在較多的影響因素，為了保障礦山工程施工質(zhì)量和安全性，在工程施工之前需要做好施工準(zhǔn)備工作，其中工程測繪工作發(fā)揮著重要的作用。利用航空攝影測量技術(shù)可以有效規(guī)避各種影響因素，通過遠程操控的方式，飛行器可以根據(jù)既定路線飛行并且完成測量工作，不僅可以提高飛行器運行的穩(wěn)定性，同時可以保障測量工作的安全性。利用航空攝影測量技術(shù)還可以拍攝高危地區(qū)，利用精密性的攝影設(shè)備，保障測量結(jié)果的精確性，為礦山工程建設(shè)主體提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，促進我國礦山工程健康發(fā)展。利用航空攝影測量可以系統(tǒng)化的設(shè)計測量工作的流程，有助于順利完成測量任務(wù)。技術(shù)人員在拍攝之前需要根據(jù)系統(tǒng)流程制作飛行階段，在實際飛行過程中可以落實可視化操作，提高目標(biāo)拍攝效率。完成飛行工作之后，可以拍攝重現(xiàn)飛行路線，確定是否存在遺漏的地區(qū)，如果發(fā)現(xiàn)遺漏點可以重新補拍，進一步提高拍攝工作的精確性[2]。

（2）安全性。我國各地區(qū)的地形條件和地理氣候具有較大的差異性，地理因素會影響到衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)采集技術(shù)，同時會增加測量誤差，再加上地理環(huán)境非常復(fù)雜，將會威脅到工作人員的生命安全。通過利用航空攝影測量技術(shù)可以解決上述難題，航高和地質(zhì)地形以及氣候條件等都不會影響到航空攝影測量工作，有利于保護測量人員和測量設(shè)備，避免人員安全風(fēng)險，同時還可以獲得高質(zhì)量的成像數(shù)據(jù)。

（3）靈活性。在航空攝影過程中，對比其它設(shè)備，無人機使用率比較高。操作人員可以靈活的操作無人機，同時具有較大的運動范圍，在實際工作中影響因素比較少，對于無人機起降場也沒有提出特殊的要求。在航空攝影測量過程中，無人機起飛前期準(zhǔn)備時間比較短，因為體積比較小，因此在實際飛行過程中具有較高的靈活性，可以高效的完成拍攝任務(wù)，同時發(fā)揮出儲存功能，可以隨時保存拍攝的內(nèi)容，提高整體工作效率[3]。

（4）性價比高。利用航空攝影測量技術(shù)可以搜集高精度影像，同時可以全面采集局部信息。通過利用彩色數(shù)字攝影設(shè)備，可以進一步提高測量水平，不僅可以精確定位數(shù)據(jù)，同時可以保障影像資料的清晰度，顯著提高測量工作效率，優(yōu)化整體測量效果。在航空攝影測量過程中，系統(tǒng)構(gòu)建和維護工作的成本比較低，飛行器準(zhǔn)備程序也非常簡單，同時可以實現(xiàn)節(jié)能效果，因此航空攝影測量的性價比比較高。

3 航空攝影測量的主要技術(shù)

（1）像控點測量。利用像控點測量技術(shù)可以提高定位工作的精確性。在實際工作中，需要在基站中設(shè)置GPS接收器，負責(zé)轉(zhuǎn)換高度和坐標(biāo)等信息，最終向流動站中輸入?yún)?shù)，實現(xiàn)相位控制目標(biāo)。在基站和流動站中傳輸衛(wèi)星信號，可以利用控制手簿有效處理數(shù)據(jù)。此外可以比較預(yù)定時間和實際時間，通過系統(tǒng)性的測量，優(yōu)化改進時間表。通過高度測量工作，可以在手冊中同時記錄坐標(biāo)和進度等。在被測位置測量過程中，需要根據(jù)高速運動瞬時位置切割空間[4]。

在航空攝影測量主要是利用無人機技術(shù)，綜合各個無人機構(gòu)建飛行網(wǎng)絡(luò)，因此實現(xiàn)測量目標(biāo)。通過構(gòu)建規(guī)范性的路由網(wǎng)絡(luò)，可以節(jié)省測量時間，獲得精確性的測量數(shù)據(jù)。通過相同的方式排列路徑末端的上下控制點，然后利用主點在同一條直線上設(shè)置上下控制點。

（2）DOM技術(shù)。DOM技術(shù)指的是利用飛行器低空拍攝采集數(shù)據(jù)信息，因此獲得數(shù)字化圖像和影像資料，避免因為影像因素干擾航空攝影測量，從而引發(fā)影像失真等問題。利用DOM技術(shù)實現(xiàn)定向操作，主要包括內(nèi)定向和絕對定向以及相對定向三種類型，通過定向操作可以糾正數(shù)據(jù)信息。利用DOM技術(shù)可以結(jié)合攝影測量影像資料和信息資料，科學(xué)的分析處理測量目標(biāo)區(qū)域。

（3）基本作業(yè)技術(shù)。完成圖像控制點布局工作之后，需要利用航空攝影測量技術(shù)，測量礦山工程中地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育及被測物體的高度。保障調(diào)查的準(zhǔn)確性，有利于精確性的調(diào)查礦山工程地質(zhì)地形圖，關(guān)系到礦山開采調(diào)節(jié)后地下水的儲水量，因此需要嚴格控制高程測量的誤差在±10cm范圍內(nèi)。如果礦山工程具有較小的坡度，需要控制高程測量誤差在±30cm范圍內(nèi)，如果在丘陵地區(qū)建設(shè)礦山工程，需要控制高程誤差在±50cm范圍內(nèi)。在調(diào)查礦山水工程庫區(qū)的過程中，需要全面系統(tǒng)的調(diào)查1∶2000的地形圖，利用這種測量方式可以滿足礦山工程調(diào)查需求。在測量庫區(qū)地形圖的過程中可以利用航空攝影測量方式，嚴格控制誤差在±20cm范圍內(nèi)，在礦山工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，礦山功能層地形圖基站標(biāo)定工作發(fā)揮著重要的作用。提高標(biāo)定站標(biāo)定結(jié)果的精確性，有利于提升航空攝影測量精確性，同時可以緩解數(shù)據(jù)分析和處理的矛盾。在特定標(biāo)準(zhǔn)階段可以利用以下方式：①可以根據(jù)參考站的坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲取靜態(tài)數(shù)據(jù)，并且在手簿中輸入航空攝影測量控制點的坐標(biāo)，提高礦山勘查功能層地形測量數(shù)據(jù)的精確性。隨后利用流動站獲取控制點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并且可以轉(zhuǎn)化收集的數(shù)據(jù)為地形圖數(shù)據(jù)，為地形圖繪制工作奠定基礎(chǔ)。②在礦山工程特殊區(qū)域調(diào)查和繪制過程中，如果缺乏合適的控制點，可以在該區(qū)域平坦的位置布置參考站，可以在基站的設(shè)定點中收集數(shù)據(jù)。

（4）相片控制技術(shù)。在礦山工程地質(zhì)測繪中利用航空攝影測量，可以獲得面部區(qū)域的地形因素，同時可以結(jié)合衛(wèi)星定位系統(tǒng)，建立目標(biāo)區(qū)域?qū)嶋H情況和數(shù)據(jù)的對立關(guān)系，并且轉(zhuǎn)換地面測量數(shù)據(jù)，有利于提高測量數(shù)據(jù)的完整性。而利用相片控制技術(shù)，開結(jié)合全球定位系統(tǒng)和測量技術(shù)，方便施工單位掌握礦山工程的全部信息。

（5）立體采編測量。完成航空攝影測量之后，需要統(tǒng)一采編獲取的數(shù)據(jù)，并且通過分析和檢驗節(jié)點數(shù)據(jù)，進一步提高數(shù)據(jù)的精確性，結(jié)合航空攝影測量數(shù)據(jù)，利用手工繪制的方式詳細標(biāo)注等高線，有效提高地形測試的精確性。

（6）POS系統(tǒng)輔助空中三角測量技術(shù)。為了提高航空攝影測量水平，需要利用POS系統(tǒng)輔助空中三角測量技術(shù)，這一技術(shù)融合了DGPS技術(shù)和IMU技術(shù)的優(yōu)勢，可以有效聯(lián)測GPS接收機和地面控制點假設(shè)的基站，同時利用全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)和加密分區(qū)等，可以有效保障高程測量精度。

4 航空攝影測量在礦山工程地質(zhì)測繪中的具體應(yīng)用

（1）在數(shù)據(jù)控制中應(yīng)用。我國礦山工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)展條件非常復(fù)雜，因此增加了施工難度，同時會降低礦山工程的施工進度。針對傳統(tǒng)的測量工作，技術(shù)人員主要是利用光學(xué)儀器采集數(shù)據(jù)，如果遇到障礙物將會影響到儀器測量，中斷測量工作之后不利于保障測量結(jié)果的精確性。而無人機質(zhì)量較輕，而且體積比較小，可以降低障礙物的影響，同時可以全面記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并且可以完整的呈現(xiàn)出測量的數(shù)據(jù)和路線等，為施工單位提供參考數(shù)據(jù)和參考路線，可以有效指導(dǎo)工程建設(shè)設(shè)計和施工方向進程等，顯著提高工程施工效率。

（2）在精準(zhǔn)位移中利用。利用航空攝影測量技術(shù)靈活性和可靠性的特征，可以精確測量被測物體的方位，并且利用空間坐標(biāo)直觀的展示出來，方便工程師觀看。在礦山工程施工過程中需要合理確定堤壩位置，礦山工程施工后要進行加固和改造地下水資源儲存和運行，因此在實際施工中需要綜合考量水流量和壓力等條件，延長堤壩使用壽命，避免影響到整體礦山工程的質(zhì)量。利用航空攝影測量技術(shù)可以構(gòu)建數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，全面計算和分析水流的流速和壓力等，促使工程師精確定位堤壩位置，合理選擇施工工藝，保障位移的精確性，因此保障礦山工程施工質(zhì)量，保障整體施工效益，提高人們生活的便利性。

（3）在工程檢測中。礦山工程施工過程中，因為自然條件缺乏穩(wěn)定性，可能會破壞已經(jīng)完工的工程項目，因此增加了施工安全隱患，一些隱患無法通過肉眼檢測，可以利用航空攝影測量技術(shù)反復(fù)檢查，例如可以通過信息技術(shù)處理系統(tǒng)的接收和定位系統(tǒng)，將建筑隱患直接顯示出來，如果發(fā)現(xiàn)安全隱患需要及時調(diào)整，高效的處理存在的隱患。在實際施工過程中需要合理選擇檢測技術(shù)定期檢測工程，如果無法保障工程安全問題，將會嚴重浪費工程資源，而利用航空攝影測量可以有效解決這一問題，提高整體工程質(zhì)量。

（4）在校準(zhǔn)基站中利用。①數(shù)據(jù)收集。通過全面收集現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，并且通過數(shù)據(jù)分析確定礦山工程坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并且將坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入到手簿當(dāng)中，隨后結(jié)合收集的數(shù)據(jù)和流動站的地理參數(shù)，科學(xué)的解析所有的數(shù)據(jù)，并且替換坐標(biāo)數(shù)據(jù)和相應(yīng)地理數(shù)據(jù)，通常是在已知點礦山工程基站的數(shù)據(jù)分析中利用這種方法。②測量流動站控制點測量后的坐標(biāo)。通常是在隨機放置的參考基站考察中利用這種方法。但是在實際測量階段，為了發(fā)揮出航空探勘作用，需要加強管控航空飛行質(zhì)量：首先需要嚴格控制照片的傾斜度，嚴格控制飛行拍攝的照片傾斜度在3°以內(nèi)，如果不符合這一標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)測量要求檢查拍攝測量方法，保障測量的精確性。其次，為了全面拍攝整個測量區(qū)，如果對比拍攝最小限度，重疊程度更小一些，拍攝人員需要結(jié)合實際情況合理調(diào)整飛行距離，從而順利完成拍攝測量飛行任務(wù)。最后在處理飛機攝像圖片的過程中，需要嚴格控制路線圖像曲率，嚴格控制曲率在原曲率3%范圍內(nèi)，同時需要控制旋轉(zhuǎn)角度在6°以內(nèi)。

（5）在礦山地質(zhì)測繪中利用。利用航空攝影測量技術(shù)，可以通過正交投影圖顯現(xiàn)地面中心投影圖，在這一過程中需要利用模擬法和分析法，因此為了獲得精確性的測量結(jié)果，在內(nèi)部執(zhí)行階段需要加強監(jiān)測映射控制點，同時要加密處理映射監(jiān)控制點。首先需要利用常規(guī)三角剖分法，通常是應(yīng)用于丘陵等區(qū)域的工程檢測過程中，在航空拍攝階段以三角剖分法為基礎(chǔ)。其次在野外作業(yè)中需要高度關(guān)注關(guān)鍵點，從而保障地形圖測繪效果。關(guān)鍵點如下：①在聯(lián)合測量光控點的過程中，需要利用常規(guī)測量方式確定地面高程和平面坐標(biāo)。②針對新添加的礦山開采功能層等，需要通過調(diào)查確定地名，并且要做好標(biāo)記。③在實際測量和測繪階段，要注意結(jié)合室內(nèi)和室外以及室內(nèi)外結(jié)合等方式完成相關(guān)工作。

（6）在誤差處理中利用。①在處理存儲模塊錯誤的過程中利用。在無人機航空測量階段，為了向地面及時傳回圖像和航空測量數(shù)據(jù)，需要利用實時傳送技術(shù)，可以在飛行器中設(shè)置無線傳輸模塊，為了降低飛行器的負荷量，通常是安裝小體積的傳感器，但是對比功能齊全的傳感器模塊，這種模塊出來的結(jié)果將會根據(jù)實際情況發(fā)生轉(zhuǎn)變，同時不利于保障工作效果，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將會產(chǎn)生問題，不利于保障數(shù)據(jù)的真實性。為了解決這一問題，需要結(jié)合實際情況更新通信設(shè)備，提高礦山工程測量數(shù)據(jù)的精確性。此外需要增加無人機內(nèi)置存儲模塊的容量，并且要臨時收集圖形數(shù)據(jù)。完成無人機航測工作之后，要在存儲設(shè)備中及時保存，并且可以直接導(dǎo)出數(shù)據(jù)，這樣無需壓縮處理即可提高圖像數(shù)據(jù)的精確性。②在處理無人機平臺事故的過程中，在航空拍攝過程中存在較多的影響因素，將會產(chǎn)生航行偏差，或者無法在合適的角度拍攝圖像，從而影響到數(shù)據(jù)的精確性。為了解決上述問題，在拍攝過程中，工作人員需要緊密聯(lián)系氣象部門，注意在晴天進行航空拍攝工作，因此降低天氣因素對于航空攝影測量工作的干擾。此外可以結(jié)合利用智能導(dǎo)航和手動控制模式，輔助無人機獲得精確性的圖像數(shù)據(jù)。此外可以設(shè)置空中POS和GPS定位，實現(xiàn)空中重復(fù)測量，有利于提高數(shù)據(jù)精確性。

（7）航空攝影測量的注意事項。①根據(jù)設(shè)計圖紙選選像控點。在礦山工程測繪過程中，需要嚴格根據(jù)設(shè)計圖紙選點：首先在埋石過程中，需要保障所選地點交通的便利性，方便放置航空攝影設(shè)備，更加方便利的完成操作作業(yè)，其次如果選擇無人機完成拍攝工作，為了減少工作中的影響因素，需要選擇視野開闊和水流較小的區(qū)域。最后在選點階段，需要全面考核周圍情況，提高選點工作的精確性。②確定攝影比例。在拍攝過程中控制圖片傾斜角在3°范圍內(nèi)，如果發(fā)現(xiàn)誤差問題需要及時停止拍攝，通過抽查攝影測量方式，顯著提高成圖質(zhì)量。為了擴大拍攝范圍，需要加強限制重疊度，結(jié)合實際需要合理增加航班，進一步提高飛行測量水平。完成拍攝工作之后需要控制航線圖像彎曲度，控制彎曲度在3%范圍內(nèi)。

5 航空攝影測量未來發(fā)展趨勢

無人機技術(shù)不斷發(fā)展，在航空攝影測量領(lǐng)域?qū)l(fā)揮出較大的優(yōu)勢。此外在礦山工程地質(zhì)測量的工作中，要求提高無人機航空測量的準(zhǔn)確性，同時要求及時反饋信息，這就需要不斷創(chuàng)新和完善無人機航空測量技術(shù)。在未來發(fā)展過程中主要包括兩方面的發(fā)展趨勢：①提高智能化水平：在航空攝影測量中仍舊存在較多的無效數(shù)據(jù)，并且存在很多重疊的圖像數(shù)據(jù)和模糊數(shù)據(jù)，通過進一步提高無人機的智能水平，有利于自動化調(diào)整曝光參數(shù)和拍攝角度，因此提高圖像數(shù)據(jù)的清晰度。②無人機和設(shè)備的小型化：實現(xiàn)無人機和設(shè)備的小型化，將會增加拍攝時間，同時還會完成更多的空中勘測任務(wù)，適合在大型礦山工程勘測工作中利用。

6 結(jié)語

在礦山工程建設(shè)準(zhǔn)備階段，利用航空攝影測量可以減少客觀因素的負面影響，進一步提高地形測繪效率，同時可以保障礦山工程施工質(zhì)量。因此在礦山工程地質(zhì)測繪工作中，需要合理利用航空攝影測量技術(shù)，通過不斷完善航空攝影測量技術(shù)，在實際工作中更好的發(fā)揮出優(yōu)勢。