一种基于无人机遥感技术的矿山监测方法

技术领域

本发明属于矿山测绘技术领域，特别是涉及一种基于无人机遥感技术的矿山监测方法。

背景技术

随着绿色经济的发展，为应对矿山开采对环境的破坏，需要对矿山环境进行及时修复。因此，需要对矿山进行及时勘测，及时了解矿山开发现状,实现矿区动态监测,为重大矿山事件提供快速应急响应能力。

露天矿山的环境较为复杂，且存在较大的高度差，传统的勘测技术是依托于全站测量仪、经纬分析仪等主要设备，重点是以地质勘测人员野外作业的勘查测绘活动为主，以实现对矿山的人工监测。该勘测技术在丛林沟壑地区存在明显的弊端，主要体现在如下两点：

一、丛林沟壑地区视线阻挡非常严重，其严重妨碍了野外地质勘测设备比如水准测试仪、经纬分析仪、全站测定仪的正常使用，由此极大的减低了勘测数据的精准度及工作成效，消耗大量的人力物力；

二、由于高山丘陵地区地况结构繁杂，勘测作业人员不可能处处都蹬抵具体的勘测位置，由此会产生较多的测量盲区，致使测量精度大幅度减低，同时收集勘测讯息的功效也十分的低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无人机遥感技术的矿山监测方法，通过采用无人机遥感技术，可以快速获取矿区高分辨率正射影像图，利用高分辨率的无人机影像可生成实景三维模型，计算高精度、真彩色三维地形数据，并可进行方量计算、变化监测等定量分析，解决了现有勘测技术依托于全站测量仪、经纬分析仪等设备，重点是以地质勘测人员野外作业的勘查测绘活动为主，不但会消耗大量的人力物力，而且其采集数据的精准度亦偏低，同时收集勘测讯息的功效也十分的低下的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于无人机遥感技术的矿山监测方法，包括影像采集模块，用于采集矿山影像信息；飞行平台，用于携带影像采集模块航拍；控制系统，用于控制飞行平台即影像采集模块；通信模块，用于远程与飞行平台和影像采集模块通讯；存储模块，用于存储影像采集模块采集的各类信息；信息接收处理模块，用于处理影像采集模块发回的各类信息；进一步监测矿山，包括如下步骤：S1：现场踏勘：对矿山进行现场踏勘，确认项目坐标与工程范围,并在测区范围内选择合适的无人机起降点；S2：地面控制：根据测量精度要求，在矿山布设若干像控点；S3：航线设计：根据绘图比例及建模精度要求，设置航线数据；S4：飞行获取：根据设计的航线完成飞行，分别从垂直、前方、后方、左侧、右侧五个不同的方向和角度获取测区影像数据以及POS数据；S5：数据质检：将测区影像数据导入制图软件，利用制图软件进行空中三角检验生成质量报告，并判断质量是否符合成果要求；S6：数据优化：利用制图软件完成POS数据优化，并进行三维建模；S7：三维重建：利用制图软件，选取三维模型，设置参数及输出模型格式，开始重建，形成矿区三维模型；S8：监测矿山：根据施工前后动态监测的三维模型，进行数字化处理，并进行比较，得出矿山的地形地貌变化信息。

作为本发明的一种优选技术方案，所述S3中，航线数据包括飞行高度、旁向重叠率以及航向重叠率。

作为本发明的一种优选技术方案，所述三维重建后，还进行结果分析：将影像数据导入制图软件生成等高线、DTM信息。

作为本发明的一种优选技术方案，所述S8中，利用数字正射影像及倾斜模型，得到矿山边坡的范围位置及坡度。

作为本发明的一种优选技术方案，所述S8中，利用数字正射影像及倾斜模型所反映的影像，还能观测到边坡绿化效果及生长情况信息。

作为本发明的一种优选技术方案，所述S8中，利用数字正射影像及倾斜模型，将成果数据加载到制图软件，经开采前后观测的影像对比，能直观地测量出开采范围面积及土方数据。

作为本发明的一种优选技术方案，所述制图软件采用包括但不限于大疆智图软件。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过采用无人机遥感技术对矿山进行监测，可以在低空域获取高清晰度的航测图像，依托对这些参数的整合梳理能够获取到精确度较高的参数讯息，生成实景三维模型，并可进行方量计算、变化监测等定量分析，计算高精度，为矿山生态修复监测奠定了基础。

2、本发明通过采用无人机遥感技术，由航拍图像中来收集测绘区片的地况结构数据等讯息，无需组织地质勘测人员去进行繁琐的野外勘测工作，增强了实际的地质参数收集功效，大幅度减小了工程测绘的财力物力投入。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种基于无人机遥感技术的矿山监测方法示意图；

图2为S4中飞行方向角度获取的示意图；

图3为S5中数据质检信息示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1所示，本实施例提供了一种基于无人机遥感技术的矿山监测方法，通过无人机遥感技术，可以快速获取矿区高分辨率正射影像图，利用高分辨率的无人机影像可生成实景三维模型，并可进行方量计算、变化监测等定量分析，计算高精度，为矿山生态修复监测奠定了基础。

人机遥感技术的构成主要包含以下软硬件设施：影像采集模块，用于采集矿山影像信息。

飞行平台即无人机，用于携带影像采集模块航拍。

控制系统，用于控制飞行平台即影像采集模块.

通信模块，用于远程与飞行平台和影像采集模块通讯。

存储模块，用于存储影像采集模块采集的各类信息。

信息接收处理模块，用于处理影像采集模块发回的各类信息。

以某矿区为例，采用无人机遥感技术对该矿山进行监测，包括如下步骤：

S1：现场踏勘：对露天矿山进行现场踏勘，确认项目坐标与工程范围,治理区总面积合47.9亩，并在测区范围内选择合适的无人机起降点。航飞前准备工作如下：判断当地测区天气条件，确保云层分布及厚度、光照、空气能见度等各项因素满足遥感要求；查看测区周边地理情况，估算地势高度、高差，以备后期选择合适的飞行方案及飞行路线，保证飞行安全；在测区范围内选定合适的起降场地。

S2：地面控制：根据测量精度要求，在矿山布设若干像控点；本次作业采用中海达VRTK2，对矿山测区设置3个地面控制点，并完成外业测量工作。像控点的设置数量和位置根据实际待测区域情况进行改变。

S3：航线设计：本次作业采用经纬M300RTK+禅思P1云台，设计比例为1：500测图及建模精度，为满足比例要求，设置飞行高度为100m，旁向重叠率70％，航向重叠率80％。对刘山宕口测区进行无人机航线设计。在进入飞行前，对无人机遥控器、电池、机载相机、GPS定位检查和GPS控制等进行一系列检查，确认各项设备无误后，方可实施无人机起飞。

S4：飞行获取：请参阅图2所示，根据设计的航线完成飞行，分别从垂直、前方、后方、左侧、右侧五个不同的方向和角度获取测区影像数据以及POS数据(定位定姿系统，利用惯性测量装置(IMU)来感测无人机的加速度，经过积分运算，获取无人机的速度和姿态等信息)。

S5：数据质检：参阅图3所示，飞行后将测区影像数据导入大疆智图软件，利用大疆智图软件进行空中三角检验生成质量报告，并判断质量是否符合成果要求，数据质量符合要求则进行下一步。

S6：数据优化：大疆智图软件进入像控点刺点后，利用大疆智图软件完成POS数据优化，并进行三维建模。

S7：三维重建：利用大疆智图软件，选取三维模型，设置参数及输出模型格式，开始重建，快速形成矿区三维模型数据。

S8：结果分析：利用数据成果，能够直接有效的观测到实景影像，也可将影像数据导入大疆智图软件生成等高线、DTM(数字地面模型)信息等，依此计算体积、坡度、剖面线等信息，用来进行变换监测和定量分析。

S9：将根据三维模型，根据施工前后动态监测的三维模型，进行数字化处理，并进行比较，得出矿山的地形地貌变化信息，通过该信息能快速直观地观察矿山的变化，如：

一、利用数字正射影像及倾斜模型，得到矿山边坡的范围位置及坡度。

二、利用数字正射影像及倾斜模型所反映的影像，还能观测到边坡绿化效果及生长情况信息，对边坡坏死及发育缺陷的绿植及时补栽或整改。

三、利用数字正射影像及倾斜模型，将成果数据加载到大疆智图软件，能够直接地查看坐标及高程数据，经开采前后观测的影像对比，能直观的测量出开采范围面积及土方数据，快速高效的监测到矿山治理中的情况。

四、通过采集生成的模型成果数据，可进行大规模数字化处理，加载到测绘软件，绘成地形图，工作效率高，能快速的监测更新及反应数字矿山的现状。

综上所述，无人机遥感技术从硬件条件和后续处理上来说能够满足露天矿山周期性的测绘基本要求，以优秀的应急性能、作业周期短，方便的操作，及可能的节省资金等优势在矿山测绘的工作中越来越受到重视。尤其适合高分辨率的遥感数据的即时获取，同时具备数据质量好、快速机动等优势，在露天矿山日常生产安全管理、矿产资源储量核实、边坡和尾矿库安全监测及应急管理等领域具有广泛的应用前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。