摘要：露天矿山的开采过程中，需要进行开采范围、动用储量监测，传统监测方法效率低下。提出了使用无人机（UnmannedAerialVehicle，UAV）低空摄影技术进行露天矿山开采监测的方法，介绍了无人机低空摄影测量的工作流程，分析了无人机摄影数据在开采范围、动用储量监测中的应用，并对测量精度进行了检核和分析。无人机低空摄影测量具有机动灵活、测量效率高、测量成果丰富等有点，提高了露天矿山开采监测的效率。
关键词：无人机；摄影测量；露天矿山；监测
露天矿产资源的无序开发利用，造成了严重的资源浪费，破坏了自然环境，并可能引发地质灾害。近年来，国土、环保等相关部门加大了露天矿产资源开采监管力度，主要对露天矿山的开采范围、开采标高和动用储量进行监测。然而，露天矿区多位于偏远地区，交通不便，环境恶劣，且由于开采的原因，地形不规则、很多区域难以抵达，监管难度大，周期长，探讨更加高效的监管方式非常必要。无人机低空摄影测量技术可以在低空完成对地面的拍摄，受地形限制小，机动灵活，减少了野外工作量，降低了工作难度，极大提高了测量效率。目前，无人机低空摄影测量技术已经在基础地理信息更新、确权登记发证、国土资源调查、工程测量、环境保护等领域得到了广泛的应用，并取得了良好的效果。无人机低空摄影测量可快速获取高精度的数字高程模型（DEM）和数字正射影像图（DOM），将无人机低空摄影测量技术应用于露天矿山开采监测中，可以从空中监视、无人到达目标区可以取证，有效地实现监管。与其它监测方法相比，无人机低空摄影测量技术具有不可比拟的优势[1-3]。
1无人机系统简介
无人机系统由无人机机体、发射回收系统、电源系统、飞控系统、数据链系统组成。发射回收系统保证无人机顺利升空，在执行完任务后安全回落地面；飞控系统主要实现对无人机的飞行控制，包括任务设置、飞行中紧急情况控制、降落及数据传输等；数据链系统主要传输遥控指令，以及无人机接收、发送信息等，以保证及时有效反馈信息。无人机载负数码相机等数字遥感设备进行拍摄，实现对地理信息的实时调查与监测。无人机低空摄影测量弥补了传统航空摄影测量的缺点，成为传统航空摄影测量的有力补充，在小区域和飞行困难地区，快速获取高分辨率影像具有明显的优势[4]。
2基于无人机低空摄影测量的露天矿山开采监测
2.1无人机低空摄影测量数据获取流程基于无人机低空摄影测量技术获取DLG、DEM、DOM的工作流程见图12.1.1无人机低空摄影测量方案首先进行测区踏勘与调查，根据航摄比例尺、测区高程选择合适的航高。本项目要求获取的真彩色相片分辨率为0.06m，无人机低空摄影测量时保持航带内80%重叠，航带间60%重叠。2.1.2相控点测量采用选择明显地物点与野外铺地标点相结合的方式选择相控点，相控点的布设需要满足无人机低空摄影测量的要求，并适当多布设部分相控点，用于精度检核。相控点采用HNCORS网络RTK测量，每点均独立测量两次取平均值作为相控点坐标成果。2.1.3空三加密使用光束法进行空中三角测量，根据外业提供控制测量结果，内业解算定向点的平面坐标和高程值。2.1.4DEM和DOM的制作空三加密完成后，基于空三加密成果，密集匹配点云，生成测区的三维点云数据，并根据点云数据生成测区DEM，见图2。根据外方位元素和DEM对每个像对进行数字微分纠正，得到DOM，经镶嵌、图廓裁切、色彩平衡处理、图廓整饰等步骤，生成项目区DOM。2.2开采范围监测开采范围监测重点监测露天矿山的开采面积，是否越界开采等。根据无人机低空摄影测量得到的DOM，提取露天矿山的开采边界，并与采矿权证矿界坐标对比，判断是否越界开采。目前，无人机低空摄影测量平面精度可以达到厘米级，可以满足开采范围监测的精度要求。2.3动用储量监测根据两次无人机低空摄影测量得到的露天矿山DEM数据，可以方便的进行露天矿山动用储量监测。动用储量计算可以使用ArcGISDesktop软件，利用栅格区域统计工具对差值面的各项参数进行统计计算，从而得到动用储量数据。由于无人机低空摄影测量得到的DEM精度较高，且点云密度较大，真实反应了露天矿山的开采情况，计算数据精度较高。2.4无人机低空摄影测量精度为了验证空三加密精度，统计加密点标准差。测区加密点标准差如表1所示。从矿区选择典型地物点，使用HNCORS网络RTK测量，得到地物点的平面坐标和高程，与无人机低空摄影测量成果进行对比，并以HNCORS网络RTK测量成果为真值，评定无人机低空摄影测量的精度，结果见表2。
3无人机低空摄影测量在露天矿山监测中的优势
（1）机动灵活、测量效率高无人机摄影测量机动灵活，受地形、空域限制小，降低了外业测量的劳动量和难度，大大减少了外业工作量，提高了生产效率，在小区域、低空领域测量可以充分发挥其优势。（2）可以获得高精度、高分辨率的DOM和DEM成果无人机数据可以通过空三加密，在只测量少量控制点的情况下，获得分辨率为0.1m的DOM和DEM，精度更可靠。（3）数据更加真实无人机低空摄影测量可以获取真实的影像数据DOM和DEM，可有效避免擅自更改数据，损害国家和公众利益的情况。可对各类矿业活动一目了然，使越界开采、无证开采和超量开采等违规行为无处藏身，对各种违法采矿活动具有较强的威慑作用。（4）方便的实现动态监测通过GIS空间分析手段将两次无人机低空摄影测量数据对比分析，即可对矿山储量进行动态监测，且精度可靠，能够及时为有关部门管理矿产开采提供执法依据和技术支撑，使得矿产开采更加有序。
4结论
在某露天矿山监测项目中，采用无人机低空摄影测量技术，经过无人机摄影测量、像控点测量、空三加密、立体测图、影像图处理与制作、外业补测调绘、数据编辑、成果提交等流程，完成了测绘工作。以无人机低空摄影测量得到的DEM和DOM成果为基础，进行开采范围和动用储量监测，工作效率高。使用HNCORS网络RTK对无人机低空摄影测量成果进行精度检查，并以NCORS网络RTK测量成果为真值，计算无人机低空摄影测量成果平面位置中误差为±13.2cm、高程中误差为±17.4cm，精度较高，可以满足监测的要求。
作者：张敏峡 范高林 范东林 单位：河南省遥感测绘院
