1.陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司 陕西神木 719300；2.陕煤集团神木张家峁矿业有限公司 陕西神木 719300
摘要：随着信息技术的发展，无人机技术在军事、气象、航空等领域获得了成功的应用。针对露天矿生产作业范围大、空间位置变化快、设备和人员在开放空间重复性持续性作业劳动的特点，在地质测绘、生产施工监控、管理调度、安全监管等环境引入无人机技术，可更加直观、快速、安全地获取矿山生产中的动态信息甚至替代人执行特殊作业，无疑成为矿山减人提效的重要途径。
关键词：无人机；高质量；煤矿测绘
引言
我国具有丰富的各类矿产，其中作为能源的煤炭储量居于世界前列，对于煤矿进行开采，前期需要对矿区进行有效的测绘，从而制定相应的开采及管理策略，避免资源的浪费及环境污染等问题。煤矿的测绘，逐渐向着影像定位的方式发展，为煤矿的开采提供了数据的支撑。随着无人机技术的发展应用，采用无人机进行煤矿的测绘，可以将只针对二维的地面测量向着三维数据的测量发展，提高了数据测量的精确性，便于数据的分析建模，并且无人机具有机动灵活的特点，可以进行多机群的自动化测量，提高了自动化程度，缩短了测量的时间，节省了测量的人力，提高测量的效率，适用于我国广大的煤矿矿区进行测量。
1无人机系统相关概述
煤矿无人机智能系统主要由无人机、遥控设备、移动终端设备、服务器和用户操作端几个主要部分组成。无人机按照使用功能配置有小型航空测绘无人机、安防巡查无人机、设备巡检无人机三种无人机机型。航空测绘无人机设计选用深圳市大疆创新科技有限公司生产的DJIPhantom4RTK无人机，该机型实现了视觉避障+超声波测距避障系统，配合上位机软件实现了生态厘米级建模。矿区安防巡查深圳市大疆创新科技有限公司生产的DJIM210V2无人机和DJIMavic2行业双光板无人机，DJIM210V2无人机实现了前视下视上视视觉避障系统，DJIMavic2行业双光版无人机实现了视觉避障系统、大于等于24GB机载内存（机载内存可加密）、可见光成像+红外热成像系统。设施设备巡检选用了DJIM210V2无人机。三种无人机机型都实现了最大可承受5级风12m/s风力、8km通视环境测控距离、－20℃至40℃工作温度、无线+4G备份通信链路功能。根据不同的功能给相应的无人机分别设计配置了Z30变焦相机云台、XT2A25SR双光云台、X5S相机、TB55电池、精灵4电池、DJIMavic2行业双光版电池、M600用X3/X5安装支架、M200用XT2转接座、M210喊话器、M210随动补光灯等负载配件。建模和智能管控平台使用深圳市大疆创新科技有限公司的TERRA、FLIGHTHUB司空政企版。
2无人机进行高质量煤矿测绘的技术应用
采用无人机进行煤矿矿区的测量，在实际的应用中与竖直摄影测量的方式具有一定的区别。在进行无人机的选择上，由于进行多角度倾斜测量及精细化建模的要求，无人机以旋翼机为主，可以搭载多个镜头，采用5镜头为主的形式，可以实现重叠度70%以上，大大提高了建模的精度，将系统测量的分辨率设定为5cm，实现较高的分辨率。
2.1外业数据采集
外业方面数据采集的方式主要包括垂直摄影测量和倾斜摄影测量两类，在搭载相机数量、获取地面信息质量和数量等能力方面倾斜摄影测量较好，但是相应的数据处理速度较弱。无人机垂直摄影测量通常采用飞行平台搭载单镜头相机，获取地面影像，单架次仅能获取下视视角的影像。无人机倾斜摄影测量在垂直摄影测量的基础上，增加了倾斜角度的镜头，一般从5个角度来获取地物影像。
无人机垂直摄影测量生成相关地型产品的效率更高，适用于大面积测绘工作，如露天矿大范围的测量验收；由于增加了地物的纹理，无人机倾斜摄影测量的产品更能真实反映露天矿地物样貌，可清晰直观的展现出采场状态，产品效果远优于比正射的点云模型，适合进行小面积测绘工作。倾斜摄影已成为当下摄影测量领域的一个新的研究热点，国家测绘地理信息局也已经把倾斜摄影作为一项新的技术手段进行推广。但受限于硬件成本，近年来单镜头倾斜影像采集技术逐步替代多镜头倾斜影像采集技术，很多学者也已经验证了该技术的可行性，并且单镜头在视角灵活角度、续航影响拍摄性能及画质方面取得极大突破。考虑到单镜头倾斜影像采集技术本质上是通过多架次飞行、多角度调整来替代多镜头倾斜影像采集技术，因此效率较低，适合在露天矿小面积区域作业，例如排土场局部边坡三维模型的构建。
2.2内业数据处理
当前内业数据处理主要基于计算机视觉原理，利用二维影像构建三维模型。无人机倾斜摄影测量建立三维模型的关键技术主要包括多视影像联合平差、多视影像密集匹配等关键内容。目前，普遍使用的多视影像联合平差方法是根据SIFT特征提取算法对影像进行特征提取，建立连接点和连接线、像控点坐标以及POS数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程，通过联合平差计算，得到每张像片的外方位元素以及所有加密点的物方坐标。虽然SIFT算法能够精确地提取出影像中的特征点，但其匹配结果不够密集，而多视影像密集匹配可以利用影像中的大量冗余信息解决影像匹配中存在的匹配错误问题，最大程度地解决遮挡问题，匹配结果相对密集，所以多视影像密集匹配是获得建筑物三维空间信息的关键环节。首先采用多视影像空中三角测量获取精确的影像外方位元素，结合CMVS（ClusterMultiviewStereo）方法对影像采取聚簇分类，目的是减少数据量。聚簇以后再由PMVS（Patch-basedMultiviewStereo）方法通过初始特征匹配、膨胀、过滤3个步骤对同一物体不同角度的多幅图像完成密集匹配，获取密集的三维点云。内业数据处理主流的自动化软件有ContextCapture、PhotoScan、Pix4DMapper等，但后两者无论在软件体系、输出格式、精细化程度及后期处理等性能方面都优于前者。
结语
综上所述，我国具有广袤的煤矿矿区，随着无人机技术的发展，采用无人机进行煤矿矿区的测绘，具有精度高、测量效率高等优点，适用于我国的矿山测量中。针对无人机测绘，分析了三维倾斜测量的原理及优点，对无人机进行三维倾斜测量的整体路线方案进行了分析，并对三维测量的应用进行了描述。无人机三维倾斜测量可以应用于煤矿等矿山的测量中，为地质生产工作提供了直观的基础数据，为地质管理等提供参考。采用无人机对煤矿进行测量，相对传统的竖直摄影具有较大的优势，可以应用于煤矿测量的常规测量方面、特征地物的绘制、矿区的规划设计及影像分析中，为煤矿等矿区的发展规划提供数据支持，提高煤矿的科学管理水平。
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