无人机倾斜摄影的露天煤矿开采区域划定方法

张祯岩

（内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司元宝山露天煤矿，内蒙古 赤峰）

引言

露天煤矿开采区域的划分通常是对可覆盖范围之内的煤矿进行空间上的区域锁定，为后续相关开采工作的执行提供便利条件。初始的露天煤矿开采区域划定结构多为单向的，参考文献设定[1]和文献[2]，设定传统综采工作面智能化煤矿开采区域划定方法、传统多参量煤矿开采区域划定方法，这一类划定方式虽然能够实现预期的任务及目标，但是常常受到外部环境及特定因素的影响，导致最终得出的划定结果出现误差。为此提出对无人机倾斜摄影的露天煤矿开采区域划定方法的设计与验证分析。

1 设计露天煤矿开采区域无人机倾斜摄影划定方法

1.1 煤矿开采区域划定指标设定及数据采集

利用协调映射算法的Delaunay 三边界区域划分结构，先在指定的总开采区域中设置对接点，分别布设在各个边缘线之上，使用三角网格的限制方式，完成对开采区域的模糊划分[3]。根据Eck 方法搭配无人机倾斜拍摄技术，将设定的节点与Delaunay 三边界区域对接点、无人机程序进行搭接，形成一个循环性的控制结构。过程中使用三维虚拟处理技术，在可控的区域之内绘制三角网格，在划分的模糊区域范围之内，进行协调映射处理，并计算出模糊区域划分的对偶值，具体如下公式(1)所示：

根据表1，完成对初始数据项目采集的设定，营造稳定的煤矿开采区域划定环境，为后续工作的执行提供参考依据。

表1 初始数据项目采集设定表

1.2 部署多目标开采区域划定倾斜摄影边界节点

单向的煤矿开采区域划定节点覆盖范围较小，导致区域划定精度不高，影响后续的处理以及施工。结合无人机倾斜摄影技术，进行多目标开采区域划定倾斜摄影边界节点的部署。利用InSAR 形变观测方式，先明确划定边缘位置，并计算出区域划定边缘值[4]，具体如下公式(2)所示：

随即，以此为基础，在区域范围之内设置多个区域划定目标，在边界位置安装总控节点，对当前部署的节点进行搭接与关联，进一步扩大实际的区域划定范围，实时监测也可以帮助工作人员掌握最新的开采区域划分数据信息，便于后续的开采与煤矿挖掘，降低整体的安全隐患，提升区域划定效率。

需要注意的是，无人机倾斜拍摄时，内置的程序需要与地面设定的多目标边缘节点建立对应的匹配映射关系，这样的形式可以更好地明确、掌握开采区域各个位置的变动情况以及开采进度，最大程度消除存在的区域划定误差，营造高效、协调的处理环境。此外，无人机倾斜摄影还可以保留各个周期的开采区域变动数据和信息，有利于后续相关工作的处理和执行，具有实践意义。

1.3 构建无人机倾斜摄影开采区域划定模型

无人机倾斜摄影对于煤矿开采区域的划定较为灵活，能够自动调节实际的虚拟拍摄划定角度，自动采集实时数据以及信息，具有效率高、不受空间高度限制等特点。因此，结合无人机倾斜摄影技术，构建交互处理模型[5]。首先，制定一个基础的测绘标准，调整无人机倾斜拍摄的曝光时间、拍照平面水平位置、飞行高度、飞行姿态等。在可控的初始模型之中设定一个传感装置，与倾斜拍摄程序建立映射联系，调整摄影划定数值，如表2 所示。

表2 无人机倾斜摄影开采区域划定数值表

根据表2，完成对无人机倾斜摄影开采区域划定数值的设置与调整。接下来，利用模型对基础的划定点进行标记，具体如图1 所示：

图1 无人机倾斜摄影煤矿开采区域标点图示

根据图1，完成对无人机倾斜摄影煤矿开采区域标点的设置，以此为基础，明确具体的开采划定区域，构建对应的煤矿开采区域划定流程，如图2 所示。

图2 无人机倾斜摄影开采区域划定模型执行流程图

依据图2，实现对无人机倾斜摄影开采区域划定模型执行流程的设计与实践应用，结合无人机拍摄获取的基础数值以及信息，进行开采区域点位的锁定及区域边缘的划分，形成模糊的划定结果，完成这一环节的区域划定处理整合。

1.4 网格简化处理实现区域划定

网格简化处理实际上是一种多维定向的区域划分技术，一般多针对大规模的区域划定，结合上述设计的无人机倾斜摄影区域划定模型，进行范围的细化明确。利用网格化的方式，将矿山的开采区域均等划分，在核心位置设置一个辅助坐标，标定出核心的点位，具体如图3 所示。

图3 网格简化处理结构图示

根据图3，完成对网格简化处理结构的设计，随即，利用无人机倾斜摄影技术，对各个区域的煤矿开采状态进行获取分析，测定出区域划定的真实性与合理性，与模型输出的模糊结果进行比对，确保划定效果。

2 方法测试

2.1 测试准备

选定G 露天煤矿作为测试的主要目标对象，设定传统综采工作面智能化煤矿开采区域划定测试组、传统多参量煤矿开采区域划定测试组以及本文方法测试组。结合无人机倾斜摄影技术，对选定的G 露天煤矿开采区域划定方法测试环境关联与搭建。该工程的规模相对较大，煤矿核定能力为125 Mt/a，矿井面设置32.48 km2。地面可控的标高为+ 167 ～+ 4 200 m 之间，煤矿工程为露天开采类型，方向较为繁杂。所以，为确保最终测试结果的真实合理，需要明确煤矿实际的覆盖开采面积，选定5 个大区测定，每一个区域均需要部署一定数量的监测节点，便于实时数据以及信息的汇总整合。

2.2 测试过程及结果分析

在上述设计的测试环境之中，结合无人机倾斜摄影技术，对选定的G 露天煤矿开采区域划定方法进行测定与验证分析。首先，结合当前的煤矿开采进度，对基础的划定区域作出标定，利用无人机对该区域进行三维性扫描，获取初始的测定数据以及信息，汇总整合之后，以待后续的使用。进行无人机基础控制数值设置，如表3 所示。

表3 无人机基础控制数值设定表

根据表3，完成对无人机基础控制数值的设定。随即，明确煤矿开采的核心位置标点，利用无人机进行倾斜定位的搭建关联，接收对应的基础数值，对选定的5 个区域进行覆盖性识别处理，同时计算出开采区域划定STD 值，具体如下公式(3)所示：

根据图4，完成对测试结果的分析：对比于传统综采工作面智能化煤矿开采区域划定测试组、传统多参量煤矿开采区域划定测试组，此次所设计的无人机倾斜摄影露天煤矿开采区域划定测试组最终得出的开采区域划定STD 值被较好地控制在2.35 以下，说明在无人机倾斜摄影技术的辅助下，当前对于煤矿开采区域的划定更为精准，误差可控，具有实际的应用价值。

图4 测试结果对比分析图示

结束语

综合上述分析，便是对无人机倾斜摄影的露天煤矿开采区域划定方法的设计与验证分析，与初始的煤矿开采区域划定形式相比对，此次结合无人机倾斜摄影技术，所构建的开采区域划定整体结构相对更加灵活、多变，自身具有较强的针对性，在面对不同的煤矿开采背景时，通过无人机倾斜摄影技术，可以精准定位当前的区域划分点位，增加划定的合理性与稳定性，促使各个区域建立实践应用联系利用SURFER软件与AutoCAD 辅助标定，提升实测划定效果，满足煤矿开采工作要求的同时，营造更加真实、可靠的施工建设环境，提高经济效益。