%a0人机技术在现代矿山测量中的应用探讨

万方数据

第３期张太鹏等：无人机技术在现代矿山测量中的应用探讨２０１０年６月

矿山测量从传统意义上讲是利用各种测量手段对矿山规划区进行各种地图的测绘工作，随着现代矿山建设需求。如今的矿山测量和传统的测量工作有了质的变化。现代矿山测量不仅包括各种图件的测绘．同时也包括目标区的各种信息的采集如目标区的各种影像数据的采集与处理、目标区的现状信息、环境等监测工作。因此。无论从测量手段、方法和技术上都有了长足的发展。无人机技术应运而生．一开始就充满了美好的应用前景。

２。１无人机遥感技术组成

微型无人机遥感技术主要应用于低空数据的获取。是由微型无人机平台、高分辨率数码传感器、导航与定位系统和数据处理四部分组成，是集成ＧＰＳ技术、数据通信、影像处理等技术的综合应用系统。参见图２。

图２无人机遥感技术组成

２．２无人机的技术特点

与卫星和其他航空遥感数据获取手段相比，它具有以下应用特点：

（１）数据获取周期短

卫星和常规航空遥感技术。由于其受客观条件限制，不能及时获取目标区的遥感数据，卫星是在空中按计划的飞行．他获取数据是周期性的、且受大气层，特别是云层的影响很大，而常规航空遥感，需要办理空域飞行申请，数据的采集同样受空军的制约，有时候一个申请就需要一个月余的时间办理，使数据的时效性不能够保证。严重影响了数据的使用效率，比如矿场的监测等。而无人机由于是低空飞行，对空域申请要求限制较小，只要注册就可以飞行，因此，只要天气良好，就可以保证数据采集的及时性和连续性。

（２）数据分辨率高

由于无人机可以低空飞行．一般在１０００米以内，有其携带的高分辨率传感器可以获取最高为厘米级的分辨率影像数据．可以满足各种比例尺的测图和监测需要。是其他手段无法相比的获取技术。

（３）经济效益好

由于操作简单、运营成本低，与其他技术手段相比是高性价比的获取方法，所以这种技术尤其显得经济效益高，推广价值就大。

２．３无人机的应用

低空无人机由于具备了无以伦比的特点。在矿山建设与管理中有着多方面的应用需求。

（１）数字矿山建设信息数据获取的重要技术

数字矿山建设是矿山信息化管理的重要手段，它的建设需要基础矿山信息数据，包括遥感影像、地形图件和高程数字模型数据等，目前多数矿山都有了一些传统技术手段获取的基础数据。目前需要解决的关键问题是随着矿山建设不断更新地理数据。而以往的技术操作起来周期长。费用高．影响了数字矿山的建设需求，另外．由于矿山多在偏僻山区，很难满足飞行的条件．直接影响了数据现实性的需求。低空无人机的遥感技术，就很容易地避免这些困难，满足数字矿山建设的特殊需要。

（２）矿山环境治理恢复检查的主要手段

矿山环境治理与恢复是目前矿山管理的主要工作之一，由于管理难度大，检查手段落后，一直以来都困扰着职能部门。低空无人机由于可以搭载多种传感器。因此可以根据需要对目标区获取如雷达、真彩色、多光谱等多种遥感数据，经计算机处理。进行定性或定量分析矿山环境的治理恢复的真实现状。为管理者提供决策依据。

（３）矿产资源保护与利用有效监测措施方法

由于矿山资源的稀缺性和不可再生的特点．使得矿产资源越来越珍贵，因此也给资源的合理利用带来了管理与开发的难题．我省在近年来出现了多起乱采、乱挖矿山的现象。特别是有一些无证开采的矿山靠人力监管已经无能为力。需要高科技的手段

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第３期矿山测量２０１０年６月

才能有效管理，无人机的出现无疑给资源管理带来了曙光，利用这种技术可以实现空中监视、无人到达目标区可以取证的效果，这样就可以有效地实现监管。有力地打击违法开采资源的活动。实现和谐矿山的建设目的。

３结论

无人机遥感航空技术以低速无人驾驶飞机为空中遥感平台。用彩色、黑白、红外、摄像技术拍摄空中影像数据，并用计算机对图像信息加工处理。全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点．是集成了遥感、遥控、遥测技术与计算机技术的新型应用技术。

现在无人机遥感技术可快速对地质环境信息和过时的ＧＩＳ数据库进行更新、修正和升级。为政府和相关部门的行政管理、土地、地质环境治理．提供及时的技术保证。

随着我国改革开放的逐步深入．经济建设迅猛发展，各地区的地貌发生巨大变迁。现有的航空遥感技术手段已无法适应经济发展的需要。新的遥感

（上接第２３页）技术为日益发展的经济建设和文化事业服务。以无人驾驶飞机为空中遥感平台的技术。正是适应这一需要而发展起来的一项新型应用性技术．能够较好地满足现阶段我国对航空遥感业务的需求，对陈旧的地理资料进行更新。它的进步推广应用，必将推动新的遥感技术的发展。

参考文献：

［１］王之卓．摄影测量原理［Ｍ］．北京：测绘出版社，１９９６．［２］张祖勋，张剑清．数字摄影测量学［Ｍ］．武汉：武汉测绘科技大学出版社．１９９７．

［３］郭迭志．论“矿山空问信息学”——矿山测量的现代发展［Ｊ］．测绘工程，２００６，１５（３）．

［４】张廷斌，秦岩宾．“３ｓ”技术在我国矿山测量中的应用［Ｊ］．矿山测量，２００８（３）．

作者简介：张太鹏（１９５７一），河南郑州人。测量工程师，主要从事航测与遥感专业的生产、研究工作。

图９修饰后的误差曲线

（５）三角点间的比例尺根据需要来修改，误差曲线的比例尺可以根据格网线确定出来。

参考文献：

［１】於宗俦．鲁林成．测量平差基础（增订本）［Ｍ］．北京：

（收稿日期：２０１０—０４—１２）≯ｐｐｐｐｐｐ、ｐｐｑ，、≯ｐｐｐｐｑ≯、ｐｐｐ、ｐ

测绘出版社．１９８３．

［２］李洋．Ｅｘｃｅｌ函数、图表与数据分析应用实例［Ｍ］．北京：清华大学出版社．２００７．

［３］纪奕君．测量平差［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社．２００７．［４］齐建伟．ＥＸＣＥＬ电子表格在测量计算中的应用［Ｊ］．测绘通报，２００１（６）（增刊）：５３～５４．

［５］曾绍炳．基于ＥＸＣＥＩ．的间接平差方法［Ｊ］．铁道勘查，２００７（４）：１５一１８．

［６］高平和．绘制误差椭圆的程序设计方法［Ｊ］．长春工程学院学报，２００４，５（２）：“一６６．

［７］王永，泥立丽等．利用Ｅｘｃｅｌ绘制误差椭圆的方法［Ｊ］．矿山测量，２００８，１２（５）．

作者简介：泥立丽（１９８０一），女。山东博兴人，硕士，主要从事数据处理等方面的教学与研究。

（收稿日期：２０１０—０３—２２）万方数据

无人机技术在现代矿山测量中的应用探讨

作者：张太鹏，宋会传

作者单位：河南省地质测绘总院,河南,郑州,450006

刊名：

矿山测量

英文刊名：MINE SURVEYING

年，卷(期)：2010，(3)

被引用次数：0次

参考文献(4条)

1.张廷斌;秦岩宾"3S"技术在我国矿山测量中的应用[期刊论文]-矿山测量 2008(03)

2.郭达志论"矿山空间信息学"--矿山测量的现代发展[期刊论文]-测绘工程 2006(03)

3.张祖勋;张剑清数字摄影测量学 1997

4.王之卓摄影测量原理 1996

相似文献(10条)

1.期刊论文黄成功.邵琼玲.赵琳锋.Huang Chenggong.Shao Qiongling.Zhao Linfeng小型无人机空速测量系统设计-计算机测量与控制2009,17(8)

空速是无人机飞行控制系统的基本测量参数;为了计算无人机空速,需要测量气流动压;介绍了无人机空速的测量原理,设计了基于C805IF020单片机、利用MPXV5004传感器测量气流动压的无人机空速测量系统;根据空速计算公式,对传感器测量造成的速度误差进行了估算,得出测量速度误差小于1.5

m/s,满足无人机飞行控制系统的精度要求;利用MATLAB工具对气压的速度计算公式进行了数值拟合,有效地解决了单片机计算能力不足的问题;所设计的系统体积小,重量轻,功耗低,可靠性高.

2.会议论文朱明英.袁智荣.刘正莲基于DSP的无人机大气数据测量系统设计

大气数据参数的采集和处理是保证无人机飞行安全的重要因素.本文论述了无人机大气数据测量系统的工作原理,按照功能将系统进行适当划分,采用DSP作为系统载体,构建了完整的数据测量系统.

3.学位论文蔡闻峰面向某型无人机的数字化测量技术的研究与应用2006

检测技术是无人机制造的关键技术之一，检测技术贯穿于无人机制造的全过程。小型无人机制造涉及零件及工装零件的检测、工装的安装、检测验收及全机各部件相对位置准确度检测等一系列的制造与检测技术问题。

传统的检测方式和检测设备由于速度、准确性以及测量能力等的原因已经成为制约生产的瓶颈。与此同时，飞机数字量传递协调方法逐步取代模拟量传递协调方法要求建立飞机产品及工装的数字化检测技术体系。

数字化测量系统(如坐标测量机(CMM)、便携式测量机(PCMM)、计算机辅助经纬仪(CAT)、激光跟踪仪(LT)、照相测量术(Photogrammetry)等)具有测量空间大、精度高、通用性强、柔性程度高、能自动测量等特点，它是制造业尤其是航空航天工业中收集质量数据、实现质量控制的主要检测手段。

基于上述原因，本文结合某型无人机的研制过程，对数字化测量技术在无人机制造领域中的应用进行了下述研究：

1.研究了以激光跟踪仪为主的计算机辅助测量系统及基于网络的数字化环境在无人机装配型架安装中的应用。包括型架的设计、安装、检测验收及测量误差产生的原因及解决方法等。并结合某型无人机机翼中翼装配工装的制造过程详细介绍了激光跟踪仪的应用。

2.在使用常规光学仪器进行无人机水平测量的基础上，通过FAROSI激光跟踪仪及基于网络的数字化环境，实现了无人机数字化整机水平测量。利用OLE自动化技术及Excel实现了无人机水平测量数据的自动处理。

3.在软件工程设计思想的指导下，将可视化技术、面向对象技术和数据库技术等相关技术紧密结合，采用VB6.0结合Access2003数据库的方案，研制开发了一个无人机水平测量数据处理原型系统，实现了测量数据的自动处理，查询、统计、分析，并生成图文并茂的报表，提高了数据处理的效率和可靠性。

通过本文的研究，将使数字化测量技术在无人机制造中得到新的应用和发展。并对数字化测量技术在相关领域的应用有着重要的借鉴意义。

4.期刊论文岳凤英.高松山.YUE Feng-ying.GAO Song-shan MEMS惯性测量组合在无人机飞行参数测量中的应用-火力与指挥控制2009,34(6)

介绍了在无人机飞行试验中应用MEMS微惯性测量组合来解算飞行姿态、速度位置等参数的某个实例.试验结果表明,由此系统所得到的数据及曲线能够很好地描述实际飞行过程.试验数据为进一步地相关分析提供了有利的依据.

5.期刊论文刘诗斌.LIU Shi-bin无人机磁航向测量的自动罗差补偿研究-航空学报2007,28(2)

利用地球磁场测量无人机的航向时,需要对机上铁磁材料引起的罗差进行补偿.为了降低补偿费用,减小补偿试验时周围环境的影响,提出一种利用飞机左右盘旋飞行时采样数据实现罗差自动补偿的方法.采用椭圆假设算法,可利用飞机平飞时在多于5个不同方向的采样数据来自动补偿平飞时的罗差.在任意姿态飞行时,把飞机左右盘旋时采样的数据分解为4个椭圆,并求出它们相对于椭圆假设的24个系数.再利用这24个系数和飞机的俯仰角、倾斜角以及地磁场垂直分量求出任意姿态下罗差补偿所需的12个系数.实验结果表明,该方法效果良好,方便可行.某无人机补偿前最大误差为21.5°;用传统方法补偿后最大误差为2.3°;用本文方法几乎不需要额外的费用,补偿后最大误差为1.6°.

6.期刊论文刘歌群.刘卫国.卢京潮.Liu Ge qun.Liu Wei guo.Lu Jing chao利用GPS校准、带温度补偿的无人机气压高度测量-电子测量与仪器学报2004,18(z2)

针对某型民用摄像无人机的高度测量问题,提出了利用GPS校准、带温度补偿的气压高度测量方法.设计了基于热敏电阻的气温测量电路,通过试验获得了热敏电阻的材料常数和气温测量计算公式.设计了基于压阻式传感器的气压测量电路,基于试验数据利用最小二乘法进行曲线拟合,获得了气压测量计算公式.给出了气压测量滤波器的形式及其使用效果.本方法使所测得的气压高度尽可能地接近真实高度,所设计的高度测量通道分辨率达到12米,满足了无人机遥测和飞行控制对高度测量的要求.

7.学位论文龚真春GPS在微型无人机导航定位中的研究与应用2005

微型无人机在军事和民用方面都具有广泛的应用价值,长期以来都是国内外很多机构和组织的热点研究项目.导航与定位系统在微型无人机自主飞行中占有重要的地位.本文侧重于微型无人机导航定位系统的研究与应用.限于微型无人机对导航器件的体积、重量和成本的要求,用于大型无人机的导航方

法无法在微型无人机上使用.本文在考虑微型无人机特点及其对导航定位需求的基础上,研究了全球定位系统GPS在其导航定位中的应用.论文首先回顾了目前采用的导航定位方法,介绍了卫星导航定位的发展历程,给出了微型无人机导航定位系统的构成.第二章重点阐述了GPS的组成和导航定位原理.为提高GPS导航定位精度,在第三章中着重介绍了几种差分GPS定位模型,并对差分GPS基准站坐标的精确测定进行了研究,利用现有GPS设备对基准站的坐标进行了测定试验,给出了实验结果.第四章主要讨论了如何将GPS导航定位结果转换为用户实用坐标的问题.对实际的微型无人机导航用到的坐标转换公式作了一些合理的简化,给出了实时动态定位坐标转换公式,并对这些坐标转换公式的有效性和实用性进行了相应的论证.第五章针对GPS和惯性导航定位的各自不足之处,研究了GPS/MIMU组合导航系统,实验仿真结果表明,该组合导航系统在精度和可靠性方面,较单一的导航系统都有明显的改善,并且提高了可靠性和抗干扰能力.在本篇论文的最后,就微型无人机导航定位系统的下一步工作做了一定的探讨和展望.

8.会议论文刘歌群.刘卫国.卢京潮利用GPS校准、带温度补偿的无人机气压高度测量2004

9.期刊论文蔡闻峰.周惠群.何颖.CAI Wen-feng.ZHOU Hui-qun.HE Ying基于VB的无人机水平测量数据处理系统的

研究-机械工程与自动化2006(2)

采用VB6.0结合Access2003数据库的方案,按照面向对象的编程思想,成功地建立了无人机水平测量数据处理系统,提高了数据处理的效率和可靠性,对面向小型数据库的数据处理系统的开发具有一定的参考价值.

10.学位论文李强基于序列图像的机载测速系统设计与分析2008

飞行速度是无人机导航中的一个重要参数，特别是在某些需要通过速度来定位的应用领域，高精度的测量速度是至关重要的。本文紧扣武器装备发展的实际需要，研究了飞行器测速的相关因素，提出了一种基于序列图像的飞行器速度大小的测量方法，使用该方法完成了无人机速度大小测量和月球着陆器着陆下降过程横向速度测量；介绍了基于实时图与基准图匹配的无人机速度矢量测量方法，针对该方法工程中遇到的大地测量学的问题进行了研究，提出了解决方法。

基于序列图像的无人机速度大小的测量方法和月球着陆器着陆下降过程横向速度测量方法使用了基于生物视觉的目标识别与匹配方法，基于实时图与基准图匹配的无人机速度矢量测量方法则比较了分别使用协方差相关亚像素定位方法、最小二乘影像匹配方法和基于生物视觉的目标识别与匹配方法得到的测速结果。本文针对基于生物视觉的目标识别与匹配方法进行了大量的半实图仿真实验，给出了该方法的适应范围和在适应范围内的匹配精度。基于序列图像的无人机速度大小的测量方案利用无人机上已有的惯导装置、高度计和可见光或红外摄像机，在连续成像的条件下，通过匹配跟踪得到地面同名点在相邻两帧实时图中的位置，利用飞行高度、姿态信息和成像帧频实时计算得到无人机的瞬时速度大小。在无人机的匀速平飞段，通过大量数据拟合实时得到了高精度的径向平均飞行速度。

月球着陆器着陆下降过程横向速度测量方法与基于序列图像的无人机速度大小的测量方法由类似之处，其区别在于测速过程中前后两帧图像成像时无人机的高度发生明显的变化，因此测量过程中应在上一方法的基础上消除高度变化的影响。

基于实时图与基准图匹配的无人机速度矢量测量方法中实时图与基准图匹配得到的机下点坐标以及由此计算得到的横向和纵向分量都是在大地测量中的高斯投影坐标系中表示的，无人机在飞行过程中需要得到的是大地坐标系中的东、北向速度分量，因此本文研究了两者的区别，给出了解决方法。同时本文给出了根据实时图与基准图匹配坐标来修正无人机上的惯导速度时所需要的高精度的实际飞行速度与惯导速度的差别，进而将这一差别传送给惯导以修正其误差。

分别对速度大小测量方法和速度矢量测量方法进行了实验，分析了其中的误差因素，介绍了景象匹配的置信度，提出了一种测速测量结果置信度的评价方法。通过挂飞试验对方法进行了验证，得到了满足工程实时性和高精度要求的测速结果。

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