无人机摄影测量在露天矿山储量动检中的应用

一、引言

在露天矿山开采过程中，储量的准确检测是矿山生产规划、资源管理以及经济效益评估的关键环节。然而，传统的储量检测方法存在诸多问题，如效率低下、精度有限、成本高昂以及安全性差等，难以满足现代矿山高效、精准管理的需求。随着科技的飞速发展，无人机摄影测量技术凭借其高效、精准、安全等优势，逐渐在露天矿山储量动态检测领域得到广泛应用。该技术为矿山储量管理带来了全新的解决方案，极大地提升了矿山储量检测的效率和精度，为矿山的可持续发展提供了有力的技术支持。

二、无人机摄影测量技术原理

无人机摄影测量是一种先进的测绘技术，其核心是利用搭载在无人机上的高精度摄影设备，对地面物体进行全方位的影像采集。这些影像经过专业的摄影测量软件处理后，能够精确地获取地面物体的几何形状、尺寸以及空间位置等关键信息。该技术的基本原理是基于透视投影理论，通过多张影像的重叠区域，构建复杂的数学模型，如共线方程和共面方程。这些方程能够精确地解算出地面点的平面坐标和高程信息。基于这些数据，可以进一步生成多种数据产品，如数字高程模型（DEM）和正射影像图（DOM）。这些数据产品在矿山储量计算等领域具有重要的应用价值，为相关行业提供了高效、准确的基础数据支持，极大地提高了工作效率和数据精度。

三、无人机摄影测量在露天矿山储量动检中的数据采集与处理流程

（一）数据采集

1. 确定飞行参数：根据露天矿山的规模、地形地貌以及所需的精度要求，确定无人机的飞行高度、飞行速度、航向重叠度和旁向重叠度等参数。一般来说，飞行高度越低，获取的影像分辨率越高，但飞行效率相对较低；航向重叠度和旁向重叠度通常分别在 60%80% 和 30%-50% 之间，以保证相邻影像之间有足够的重叠区域，便于后续的影像匹配和三维重建。

2. 现场飞行作业：在采集数据之前，需要对矿山区域进行实地勘察，选择合适的起飞和降落点，并设置地面控制点（GCPs）。地面控制点用于提供已知坐标的参考点，通过在影像上识别这些控制点，可以对摄影测量数据进行几何校正，提高测量精度。然后，操作无人机按照预设的飞行航线进行飞行，获取矿山区域的大量高清影像数据。

（二）数据处理

1. 影像预处理：将采集到的原始影像进行整理和筛选，去除模糊、畸变严重或不符合要求的影像。接着对影像进行辐射校正和几何校正，以消除大气条件、传感器特性等因素对影像质量的影响，使影像的灰度值和几何形状更接近真实情况，提高后续数据处理的准确性。

2. 空中三角测量：利用摄影测量软件，通过自动或人工的方式在影像上提取同名点，建立影像之间的相对方位元素和绝对方位元素关系，进行空中三角测量。这是整个数据处理过程中的关键步骤，其目的是确定每张影像的外方位元素（即影像的航向位置和姿态角），为后续的三维重建和DEM 生成提供基础。

3. 数字高程模型（DEM）和正射影像图（DOM）生成：基于空中三角测量的结果，采用密集点匹配算法或光束法平差等方法，生成矿山区域的 DEM。再以DEM 为基础，对原始影像进行正射校正，生成 DOM。DEM 和 DOM 是计算矿山储量的两个重要数据源，其中 DEM 用于获取矿山表面的地形起伏信息，DOM 则提供了矿山的地表纹理信息，两者相结合可以更准确地计算出矿山不同区域的体积变化，进而推算储量的变化情况。

四、无人机摄影测量在露天矿山储量动检中的优势

（一）高效性

无人机摄影测量可以在短时间内完成大面积矿山区域的数据采集工作，相比传统的测量方法，如全站仪测量或实地勘察，大大提高了工作效率。例如，一台普通消费级无人机在一天内可以采集数百亩甚至上千亩矿山的影像数据，而传统的全站仪测量可能需要数天甚至数周的时间来完成相同面积的测量工作。

（二）高精度

目前，高精度的无人机摄影测量系统结合地面控制点可以达到厘米级的测

量精度，能够满足露天矿山储量动检对精度的要求。其生成的 DEM 和 DOM 能够精确地反映矿山地形地貌的微小变化，为储量计算提供可靠的数据支持。

（三）成本低

无人机的购置成本和运营成本相对较低，且数据采集速度快，减少了人工测量的工作量和时间成本，从而在整体上降低了矿山储量动检的成本。与传统的测量设备和方法相比，如航空摄影测量需要租用专业飞机和设备，成本高昂，无人机摄影测量更具经济优势，尤其适用于中小型露天矿山企业。

4. 安全性高

在露天矿山储量动检过程中，传统的测量方法往往需要工作人员深入矿山现场进行实地测量，存在一定的安全风险，如矿山边坡坍塌、滑坡等事故。而无人机摄影测量无需工作人员进入危险区域，只需在地面远程操控无人机进行飞行作业，极大地提高了矿山储量检测工作的安全性。

五、面临的挑战与未来发展方向

尽管无人机摄影测量在露天矿山储量动检中具有诸多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，天气条件对无人机飞行和数据采集的影响较大，在恶劣天气下，如大风、暴雨、浓雾等，无人机可能无法正常飞行或采集到的影像质量较差，影响数据的准确性和可用性。此外，复杂的矿山地形地貌，如高陡边坡、深凹坑等，可能导致影像遮挡和数据采集不完整，增加了数据处理的难度。而且，目前无人机摄影测量技术在处理大规模矿山数据时，对计算机硬件性能要求较高，数据处理时间较长，需要进一步优化算法和提高数据处理效率。

未来，随着无人机技术、摄影测量算法以及计算机硬件的不断发展，无人机摄影测量在露天矿山储量动检中的应用将更加广泛和深入。一方面，无人机的性能将不断提升，包括飞行稳定性、续航能力、抗干扰能力等，使其能够适应更复杂的矿山环境和天气条件；另一方面，摄影测量算法将不断优化和创新，提高数据处理的精度和效率，降低对地面控制点的依赖，实现更加智能化和自动化的数据处理流程。同时，结合三维激光扫描技术、地理信息系统（GIS）技术以及矿山开采模拟软件等，可以构建更加完善的露天矿山储量动态监测与管理系统，为矿山的科学管理和可持续发展提供更有力的技术支持。

六、总结

综上所述，无人机摄影测量技术在露天矿山储量动检中具有广阔的应用前景。通过合理选择和优化无人机摄影测量系统，制定科学的数据采集与处理流程，可以有效提高露天矿山储量检测的精度和效率，降低检测成本和安全风险，为矿山企业创造更大的经济效益和社会效益。

参考文献：

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