無人機航拍礦山地質測繪圖像分辨率系統設計分析

嚴榮鶴 （福建省閩西地質大隊，福建 三明365000）

1 引言

有色金屬的礦山，大多數地形較為復雜，有些區域甚至存在塌陷、裂縫等危險情況，因此，對礦山的每項開采工作，都需要進行測繪、勘探、和建模，之后才能進行開采工作。使用無人機獲取數據和圖像，貫穿于整個礦山開采的過程中。

隨著礦山資源開采工作的難度不斷增加，對礦山地質測繪技術要求也越來越高。由于礦山的開采工作基本是在地下完成，因為危險系數非常高，同時在對礦山進行開采的時候，對環境的破壞程度非常大。因此，在開采之前，對礦山的地質情況進行測繪，是非常有必要的。而傳統的測繪技術已經不能滿足當前礦山測繪工作的實際需求[1]。結合新型科學技術的發展，無人機航拍測繪技術，以其優越的特點，在礦山測繪工作中，發揮著重要的作用。同時由于對圖像的分辨率要求越來越高，因此，文章對無人家航拍的礦山地質測繪圖像的分辨率系統，在圖像采集與圖像儲存及處理上，有了新的模塊設計，得到的圖片與傳統的測繪技術得到的圖片相比，具有更高的分辨率，促進了礦山行業的大力發展，也提高了無人機航拍測繪技術的廣泛應用。

2 實例分析

福建省三明市有豐富的煤礦資源，境內主要以中低山及丘陵為主。該市西北部、中部、東南部都有山脈。峰巒聳峙，低丘起伏，溪流密布，河谷與盆地錯落其間。該市的地勢總體上是西南部高，東北部低，最高處的海拔不到兩千米，最低處的海拔只有五十米，山地的總面積占該市總面積的百分之八十多，其地質條件非常復雜，勘測的難度系數非常高，由于境內大部分是山地，因此，光靠人力來進行勘測，工作量大，同時由于地形較為復雜，在加上信息的種類及數據量較多，因此，傳統的測繪技術是無法完成如此量大的測繪工作[2]。

3 無人機航拍的優越性

3.1 無人機航拍技術

遙感領域中對地質地形情況進行測繪的一種新型的技術。無人機航拍技術在實際的應用中，擁有良好的反饋能力，在資金與時間方面，不需要大量的投入。與傳統的飛機搭載攝像機進行航拍相比，無人機航拍技術存在巨大的優勢。傳統的航拍模式，需要有較大的起降場，而無人機航拍技術不需要起降場，可以隨時隨地進行起降，工作流程非常簡單，不僅降低了成本，也使得測繪工作變得更加的靈活。無人機航拍技術可持續工作時間長，且不受外界環境的影響，對自然環境要求不是很高，可以有效的控制離地的高度，獲得的圖片信息不僅詳細，而且分辨率也高，可以精確到10～50cm范圍內，進而保障了圖片信息的準確性[3]。同時，無人機的監測效率極高，無人機航拍能對監測區域進行大范圍的監測，并可以迅速生成圖像數據，單臺無人機一周的檢測量可達到2000km2。因此，無人機航拍技術，在測繪領域的應用，具有良好的實用意義，不僅促進了無人機航拍技術的發展，也提高了測繪工作的效率。如圖1所示。

圖1 無人機航拍的優越性

在進行礦山測繪之前，以礦山地圖作為空中測量的依據，設定航行的方向及軌跡，并對航測的參數及飛行情況進行檢查，并對無人機進行電量檢查，保證可以完成整個飛行過程。布點問題由人員野外進行，測繪圖按照《1∶500/1、1∶1000/1∶2000地形測量規范》要求進行區域網點的布設。（如表1）

無人機參數表 表1

3.2 建立三維立體模型

為了保障對礦山地質測繪數據的準確性，在無人機航測技術中，引用了三維數據建模來幫助測繪工作。三維數據建模具有三維空間數據處理能力，能夠對礦山測繪獲取的數據進行分析。三維立體模型就是將數據建立成低質空間復合體，把礦山低質分割成不同性質的巖層，提高礦山測繪的準確度。如圖2所示。

圖2 三維數據模型

4 無人機航拍測繪技術

礦山地質測繪主要是對礦山的地形，位置，資源利用情況等實際信息進行勘測，進而獲取相關的數據信息。對礦山地質進行測繪，不僅有利于掌握礦山資源的實際情況，還有利于實現礦山資源的有效配置。隨著科技的不斷發展與創新，無人機作為一種新型的航測技術，已經不單單用于軍事領域，在其他的領域也得到了廣泛的應用。無人機航拍，可以完成一些比較復雜的任務。采用無人機航拍技術，在測繪技術領域的運用，對礦山地質情況進行測繪，大力的提高了測繪的工作效率。無人機航拍技術主要是采用無線電遙控技術或者計算機進行遠程操控，程序簡單，成本較低，精準度及工作效率都非常的高，其優點主要還表現在隱蔽性好、機動性強、造價低廉、事故率低、圖像獲取快捷方便，能夠滿足大比例的成像要求。因此，具有一定的實際意義，可以有效的促進我國礦山測繪技術的發展[4]。

無人機航拍測繪技術主要是由導航和定位系統、微型無人機平臺、高分辨率數碼傳感器和數據處理等部分組成。即利用了先進的GPS定位技術、通信技術、無人駕駛技術、遙測遙感技術、遙感傳感技術以及影像處理技術等。通過無人機攜帶數碼相機、攝像機等數字遙感設備，對圖像進行采集、傳輸，可以快速獲取礦山的地形、資源及環境等方面的信息，有效的對信息進行分析處理。如圖3所示。

然而由于圖片技術的發展，當前對圖像的分辨率要求越來越高，因此對無人機航拍得到的圖像的分辨率，同樣要求也越來越高。但是由于礦山的地形比較復雜，且形狀多樣，無人機航拍得到的圖像，由于受背景的影響比較大，因此有可能存在拍攝目標與背景之間存在著邊界不夠清晰的問題。因此，圖像的高分辨率是目前無人機航拍測繪技術工作中的難點。因此，在圖像分辨率系統中，對圖像采集模塊及圖像存儲模塊進行了設計，并且，為了能提高圖像的分辨率，在圖片處理模塊還提出了遙感數據融合法，就是將高分辨率的圖片與低分辨率的圖片進行融合的新方法，用以提高圖片的分辨率，進而達到了對圖像高分辨率的要求[5]。

圖3 獲取影像

5 礦山地質測繪圖像分辨率系統設計

礦山地質測繪圖像分辨率系統設計（圖3），包含硬件設計與軟件設計兩個方面。

圖4 圖像分辨率系統

5.1 硬件設計

硬件設計主要是圖像采集模塊、圖像處理模塊、圖像的儲存模塊以及電源等方面。

首先，在圖像采集模塊方面，主要是采用高分辨率傳感器的影像設備，將采集到的圖像轉換為數碼圖片，分辨率精確到厘米，其表現方式更為直觀。同時，為了可以對測繪到的圖像進行實時采集，所以高清數碼相機適合無人機進行攜帶，可以有效完成系統中所需要的圖片的采集工作。

其次，在圖像存儲模塊方面，在進行礦山地質測繪時，是先將采集到的圖片進行儲存，然后才能對其進行處理。由于礦山地質類型較多，數據資料量較大，所以采用了DHUGFI存儲器，該存儲器的存儲容量較大。同時，在進入該存儲器時，速度也是非常的快。在使用存儲器時，為了保障儲存的數據不被丟失，應先對存儲器進行時間設置，在進行數據發送與數據讀取時，以時間為基準，進而有效的保障數據的準確性。

5.2 軟件設計

軟件設計主要是針對圖像處理模塊，為了提高圖像的分辨率，采用遙感數據融合法，提出了利用高分辨率的圖像來提高低分辨率的圖像，高分辨率圖像與低分辨率圖像相融合的方式。首先，對已經采集到的數據進行分析和處理，去掉尺寸小于已經確定的頻率的高頻部分，將采集到的圖像的高分辨率與低分辨率的圖像進行融合。為了保障能夠更好的具有平移不變形的圖像，建議采用小波算法。對圖像進行主分量變換，在變換的過程中，會重新得到一組新的分量。為了可以更好的對主分量進行融合，可以用圖像的相關矩陣，代替圖像的協方差矩陣，就可以有效的提高礦山地質測繪圖像的分辨率。而將低分辨的圖像與高分辨率的圖像有效的進行融合，還可以有效地提高整體圖像的分辨率[6]。

6 無人機航拍測繪技術與傳統測繪技術對比

文章提出的具有圖像高分辨率的無人機航拍測繪技術，在進行礦山地質測繪時，獲得的圖像分辨率較高，即使面對礦山復雜的地質條件時，也可以對圖像進行有效的處理，為測繪工作人員提供了詳細的礦山地質信息。而傳統的礦山測繪技術，得到的圖片分辨率不夠高，不能對礦山測繪得到的圖片信息進行有效的分析。因此，無人機航拍的礦山地質測繪技術中，對圖像分辨率系統的設置，無論是在理論還是在實際的操作中，都大力的提高了測繪技術的準確度，促進了測繪技術的發展。

7 結語

總之，傳統的測繪技術，已經不能滿足當前不斷發展的測繪工作的要求，而無人機航拍測繪技術的出現，有效的促進了對礦山地質測繪工作的進一步發展。而礦山地質測繪圖像分辨率系統中，增加了可以有效提高圖片分辨率的硬件設計與軟件設計，通過對礦山地質數據的有效采集及存儲，再通過將高分辨率的圖像與低分辨率的圖像相融合的技術，進一步的提高了圖像的分辨率，不僅能為測繪工作人員提供更為清晰及準確的礦山地質情況信息，還加快了對礦產資源尋找的速度，有力的促進礦山行業的發展。與此同時，也提高了測繪工作的精準度及工作效率，促進國家的發展。