露天矿山在设计、开采以及后期地质环境恢复治理过程中，都需要进行大量测绘工作，主要包括矿区控制测量、地形测量、开采储量检测、边坡稳定性监测、方量测量等。受到矿山开采影响，形成大面积危岩体，部分区域难以抵达，传统方法测量难度大、效率低时，就需要引入测绘新方法、新技术，以提高测量工作效率，降低劳动强度，建立安全高效的生产模式。本文引入无人机航测技术，探讨露天矿区方量计算问题，并根据具体工程实例，通过对比不同方法计算土方量，论证Virtual Surveyor软件计算方量的可行性，为今后土方工程量计算工作提供参考。

天狼星无人机在开挖方量应用的技术路线

 利用无人机航空摄影测量技术计算露天矿开挖方量的工作时，主要是通过无人机对需要计算方量区域进行开挖前和开挖后两期数据的采集，通过Virtual Surveyor航测数据处理软件对两期数字高程模型DEM数据的叠加，导入需要计算开挖方量的区域范围，计算分析得出在区域范围内的填挖方量。具体步骤如下：

1）任务下达后首**行测区踏勘，了解测区地形情况，确定需要计算的开挖方量的范围和选择合适的飞机起降场地。进行无人机外业数据采集工作。

2）利用Agisoft Photoscan Professional后处理软件进行航测数据自动化处理，生成数字正摄影像（DOM）和数字表面模型（DSM）等。 

3）对生成的航测数据进行精度检核，判断是否满足精度要求。

4）由于测区内环境较为复杂，存在工程机械设备，临时房屋等地表物，需要对数字表面模型进行修改，通过Virtual Surveyor软件切除地表要素，生成真正的数字高程模型（DEM）。

5）将两期处理后的数字高程模型数据在Virtual Surveyor进行叠加显示。

6）将需要计算开挖方量的范围导入Virtual Surveyor软件中并进行范围绘制。

7）分别计算范围内的开挖方量，得出总方量，成果提交。

技术路线图

应用实例

本实例为内蒙古鄂尔多斯市某露天煤矿开挖方量项目，截取两期数据进行计算。分别为2017年5月28日至2017年7月28日两期的航测数据。测区内属于在开挖地段，工程车辆较多，地形起伏较大。考虑矿区内像控点布设容易遭到破坏和地形起伏较大影响飞机飞行安全，本次采用高精度免像控无人机并设置航线适应地形飞行。

外业数据采集

根据项目需要为测算出露天矿更加准确的开挖方量，本次项目按照1：500地形图精度要求进行外业数据采集。航线规划共设计13条航线，航向重叠度和旁向重叠度分别为85%和75%，航线采取适应地形飞行，地面采样距离3cm。并根据现场情况随时调整飞机各项参数，完成外业数据采集。

航测数据处理

Agisoft Photoscan Professional后处理软件和MAVinci Desktop飞行控制软件**结合，一键式导入并进行全自动处理，生成数字正摄影像（DOM）和数字表面模型（DSM）等。两期航测数据如下图所示：

2017年5月28日（首期）露天矿DOM和DSM成果

2017年7月28日（第二期）露天矿DOM和DSM成果

为**测量工作的准确性，在航飞区域测量特征点作为检核点，并采集出实测坐标值。分别在两期航测数据中提取出检核点图上坐标位置，与实测坐标进行比较分析两期数据的测量精度。

由表中数据所示，根据我国现行的《1：500 1：1000 1:2000外业数字测图技术规程GB14912-2005》对1：500比例尺地形图精度要求，两期无人机航空摄影测量结果完全满足其精度要求。

开挖方量计算与分析

利用Virtual Surveyor软件对航测影像数据DOM和DSM生成三维模型，并对地形进行修改剔除矿区车辆等地表覆盖，如下图所示。

Virtual Surveyor修改地形

Virtual Surveyor导入挖方范围绘制计算区域

计算两次方量的基本原理如下图所示：

以高程0值为参考面，分别计算aa期和第二期体积总量，两期数据相减计算两期的开挖量。结果下表所示：

根据表中计算结果可知，首先根据提取高程点，在南方CASS中分别利用DTM法和方格网法计算开挖方量。再利用两期DEM数据在Arcgis中直接计算开挖方量，通过与Virtual Surveyor计算方量对比，可以看出Virtual Surveyor直接计算方量完全可靠。

总结

无人机摄影测量技术具有较高的机动灵活性，受地形限制小，能够避免因地形复杂无法完成测量而产生盲区，大大降低了外业工作的劳动量和难度，提高了生产效率，能够在矿产储量变化监测这种小区域、低空领域充分发挥其优势。 

相比于传统的矿山测量方式，无人机摄影测量可以获取现场真实可靠的影像数DOM和 DEM，数据的真实性不容更改，可有效避免擅自更改数据，造成评估结果失实。

只需在每期完成一次飞行作业，通过Virtual Surveyor软件将所得无人机影像数据与上期的数据对比分析，即可对矿山开采情况进行全面的动态监测，且精度可靠，能够及时为有关部门管理矿产开采提供执法依据和技术支撑，使得矿产开采更加有序。

本次使用的拓普康天狼星航测系统，充分发挥其高精度、免像控、智能化的优势。特别针对矿区中车辆来往复杂，高差起伏较大，像控点难以布设等不利因素，都有很好的解决。

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