测绘航空摄影在数字矿山建设中的应用研究

张海明

摘要：随着科学技术的不断发展，测绘航空摄影技术逐渐成为数字化矿山的重要组成部分。在现代数字矿山建设中，测绘航空摄影为获取地表形貌、了解地形地貌及其与地质构造等综合信息提供了有效手段，已成为矿业企业数字化应用研究的重要内容之一。由于矿产资源勘探开采活动具有不间断性、随机性、周期性等特点，对矿产资源勘查开发的精度要求极高。传统的矿产资源勘查开采技术在进行野外工作时，存在着各种技术缺陷：效率低、成本高等问题。而以航空摄影技术为代表的数字化勘探及采矿方法的出现使得测绘航空摄影在矿山建设中得到广泛应用，将成为数字矿山建设中必不可少的手段之一。

关键词：测绘航空摄影；数字矿山；建设应用；应用研究

引言

数字矿山是以生产数字化为基础，运用现代信息技术进行矿山管理、建设和运行的一体化综合管理系统。其中，测绘在矿山建设中发挥着重要作用。近年来，随着我国经济社会的发展繁荣及资源枯竭等问题的加剧，全球环境恶化。随着生产经营规模、产业结构和产业链不断提高，数字矿山产业逐渐成为促进矿产资源可持续发展、保障矿产资源安全与高效生产的重要基础之一，而利用航空摄影技术进行地形测量则是促进其发展所必不可少的手段之一。作为航空摄影测图技术应用的重要组成部分及应用领域，航空摄影在遥感测绘以及数字矿山建设中起着重要作用。而测绘航空摄影技术在数字露天矿建设中发挥着关键性作用。

1 数字矿山概述

1.1 数字矿山的内涵

数字矿山是指将地理信息系统、云计算、人工智能、数字城市等现代信息技术,与矿业企业的生产经营管理相结合形成的一种全新生产经营管理模式为核心要素，以实现资源高效利用的整体架构模式。数字矿山是在计算机技术和信息技术广泛应用于矿山生产管理活动和矿区建设的基础上形成的新的概念。数字矿山是指以先进可靠地测绘技术为基础，通过整合矿山生产过程、管理流程和资源动态信息，建立一个统一的信息采集平台，使矿山生产过程从宏观上反映出企业生产经营状况、生产组织模式和生产组织目标、矿区环境条件、安全管理水平、安全风险等一系列重要特征。在数字矿山建设过程中，需要充分考虑生产流程和矿区环境条件等因素对信息化应用系统建设提出了更高的要求。矿山信息采集平台主要包括生产控制系统、矿山运营系统以及煤矿安全监控系统三大部分。

1.2 数字矿山发展趋势与技术手段

随着科技的不断进步，人类社会已进入信息时代，科学技术将对生产和生活产生巨大的影响，矿业领域同样如此。伴随着技术的进步，矿业领域中出现了很多全新先进且实用的技术以及产品。目前很多矿业企业正在积极进行矿山数字化实践应用研究，数字矿山建设就是其中之一。以数字化开采技术为代表，通过对大型采矿设备以及其他设备上安装的各类传感器测量信息与地面数据结合以及处理技术形成图像、声音及视频等各种新的信息载体，利用计算机视觉获取对象运动数据及其周围环境信息，并通过算法分析处理其地理位置、地形地貌及其与地质构造等综合信息来构建动态地形图。

2 航空摄影技术与数字矿山的结合

2.1 基于飞机飞行平台的影像获取

数字矿山利用的航空摄影测量方法主要包括航空摄影测区和卫星遥感测区。采用飞机飞行平台进行影像获取时，需满足以下条件：飞行平台所需装备为固定翼飞机或直升机。固定翼飞机是指没有翼面的飞机，或者只有一个翼面的飞机；直升机是指没有螺旋桨的直升机或者只有具有一定螺旋桨的直升机。由于不同飞行器具有不同的性能特点，通常需要满足不同飞行平台对遥感影像要求，如直升机飞行平台具有较大的空域效率以及稳定、空域效率高以及载重能力强等特点。由于不同飞机所具备的性能不同，相应的机型可选择不同类型的航空器。对于航空摄影测量来说，首先需要选择相应合适的相机以获得清晰准确的影像数据。

2.2 航测遥感数据获取方法研究

数字矿山地理信息系统中，地理空间数据的采集、管理、分析、利用以及成果的展示，是地理空间化成果在生产活动中广泛应用的前提和基础。地理信息系统的基础，是实现国家空间地理信息资源管理和使用的基本手段和重要基础设施。其主要功能是通过地理空间数据采集和管理，获取地理信息资源，利用地理信息产品加工技术，提供空间基础地理信息服务。在数字矿山建设中，地理信息系统主要包括航空影像信息获取手段和空间基础地理信息系统两部分组成。随着电子计算机与通讯技术快速发展，近年来航摄航空影像技术不断发展和成熟。目前，以美国国家航空航天局（NASA）或欧洲航天局为主主要的航摄航空影像处理技术已被广泛应用于美国和欧洲航天局国家太空地理信息系统中各项地理空间数据采集工作中，获得了广泛应用。采用航空影像获取手段时应选择适宜地区，并对测区进行划分处理；同时，根据应用情况建立航测影像数据库并对航测影像数据进行管理与分析；并保证数据得到合理使用和可更新程度等方面考虑。

3 航空测绘在矿山摄影中需解决的问题

3.1 影像精度、数据提取效率低

数字化矿山建设中，影像精度是重中之重，影像精度高的成果可以满足数字化控制的需要，影像精度低的成果无法满足数字矿山建设使用。由于矿山生产区域变化较快，原有数字化影像与数字模型难以有效融合，现有图斑多为局部点状，不利于实现立体数字模型（如地质三维模型、高程模型等）以及地表覆盖信息、地表结构信息等基础数据采集。现有影像与数字模型融合不够，与矿区地形、地质等地形之间存在差异，无法实现区域影像对地形的全覆盖，且传统的地籍测量方法无法有效识别矿区各类地貌信息。

3.2 地形复杂，处理工作量大

尽管采用航空摄影技术进行数据采集，但其成果数据也要进行相应处理和编辑。由于矿山地区地形复杂、起伏较大、航摄条件差等原因，处理工作量大。矿山地区由于地表分布相对分散，再加上地形起伏较大，航摄飞行中可能会遇到地形复杂、地面情况复杂、恶劣天气等问题。对此，要对矿区地形地貌进行综合分析预测，并结合矿区周边地势特点及交通状况等进行规划测绘、规划设计技术指导、地形变化信息更新分析等工作。由于传统摄影设备航摄过程中要在地面控制网上空进行航空摄作业，因而需考虑到低空相机与地面测控网络连接问题，同时还要兼顾无人机航摄系统定位等技术问题。另外随着信息技术和电子信息技术发展，生产和生活对摄影测量设备技术要求也越来越高。航摄设备与测绘仪器相互之间存在信息传输、数据处理过程中可能产生的安全问题都可能给矿山生产造成不利影响。

结语

现阶段，我国数字露天矿技术与理念已逐步得到全面提升。特别是在矿体开采过程中，矿业生产经营规模逐渐扩大，对矿产资源需求日益旺盛。在这种情况下，矿业企业采用传统的野外作业方式进行勘探作业所存在的局限性与不合理性已被充分认识。针对传统野外作业方式存在的诸多弊端及实际作业中存在的诸多不足，本文结合数字露天矿勘探作业实际需求，分析了传统的野外作业中存在的问题及原因，并针对目前矿业行业中普遍存在的问题进行总结阐述。基于此分析结果，提出了数字露天矿数字化的概念要求。并针对传统的野外作业方式及其存在的种种弊端对其实施解决措施。

参考文献

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