關(guān)于低空遙感的礦山地質(zhì)數(shù)字化測量技術(shù)研究

李春育，王佩佩，衛(wèi) 銘

（陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005）

當(dāng)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了我國數(shù)字化測量技術(shù)的創(chuàng)新，即使許多部門已經(jīng)配備了衛(wèi)星遙感影像技術(shù)，但這種測量方式仍然較為傳統(tǒng)，無法滿足當(dāng)代礦山地質(zhì)測繪工作的高分辨率需求。

低空無人機(jī)遙感攝影技術(shù)具有更高的機(jī)動(dòng)性與靈活性，在小區(qū)域的測繪及應(yīng)急數(shù)據(jù)獲取中，相較于傳統(tǒng)測量技術(shù)以衛(wèi)星等大型搭載平臺(tái)為核心的測繪方式，低空無人機(jī)操控技術(shù)遙感攝影技術(shù)則突顯出更為明顯的優(yōu)勢。

1 無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

（1）無人機(jī)在低空飛行的狀態(tài)下，可短時(shí)間內(nèi)完成升空準(zhǔn)備，操作較為簡單，空域申請便利，并且能夠按照實(shí)際的工作要求迅速到達(dá)指定的工作區(qū)域完成測繪任務(wù)，無人機(jī)的低空遙感系統(tǒng)具有快速響應(yīng)的工作優(yōu)勢。

（2）無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)中的傳感器可幫助技術(shù)人員獲取分辨率更高的數(shù)字影像數(shù)據(jù)，尤其是在特殊目標(biāo)的監(jiān)測工作中，無人機(jī)在搭載全色波段、單色波段等多種傳感器的同時(shí)，能夠進(jìn)行多角度的拍攝工作，使無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)具有較為明顯的高分辨率特點(diǎn)。

（3）無人機(jī)的市場造價(jià)較低且維護(hù)工作相對簡單，相對于傳統(tǒng)測量技術(shù)中所使用的飛機(jī)航攝系統(tǒng)，無人機(jī)的運(yùn)營成本及維護(hù)成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于前者，并且在操作成本上，無人機(jī)也具有絕對的優(yōu)勢。在礦山地質(zhì)的數(shù)字化測量中，無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)的低造價(jià)特點(diǎn)使其得到了廣泛地應(yīng)用。

（4）無人機(jī)的數(shù)字產(chǎn)品中包括了多種全景攝影圖像，可逐級(jí)放大漫游，建立數(shù)字化的高程模型，以多樣化的數(shù)字產(chǎn)品形式展現(xiàn)其測繪成果，能夠滿足更多的工作需求。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

1.2.1 應(yīng)急測繪領(lǐng)域

近些年來，我國礦區(qū)內(nèi)的自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，尤其是地質(zhì)類災(zāi)害，對國民經(jīng)濟(jì)的影響是不容忽視的，如表1所示，我國礦區(qū)內(nèi)所發(fā)生的地質(zhì)類災(zāi)害每年造成的經(jīng)濟(jì)損失約為2000億元，故對礦區(qū)地質(zhì)的測量工作十分重要，可根據(jù)測量結(jié)果采取一些防范措施，以減少經(jīng)濟(jì)損失。無人機(jī)的快速響應(yīng)能力使其在地震災(zāi)害應(yīng)急測繪中得到了重要應(yīng)用，如洪水災(zāi)害及雪災(zāi)等事故中，無人機(jī)都能為應(yīng)急測繪提供數(shù)據(jù)參考。

表1 地質(zhì)類災(zāi)害每年造成的經(jīng)濟(jì)損失（參考）

1.2.2 新農(nóng)村建設(shè)領(lǐng)域

新農(nóng)村建設(shè)是我國實(shí)現(xiàn)全面小康社會(huì)以后的重要戰(zhàn)略部署，在新農(nóng)村的建設(shè)中，無人機(jī)低空遙感測繪也能發(fā)揮出一定的作用。如表2所示，我國的村莊分布面積較廣，但個(gè)體村莊的面積較小。若在新農(nóng)村建設(shè)領(lǐng)域的測繪工作中使用傳統(tǒng)的飛機(jī)航空攝影測量技術(shù)，則會(huì)浪費(fèi)許多成本，而無人機(jī)低空遙感數(shù)字化測量技術(shù)可為大比例尺地形圖的制作提供優(yōu)勢。

表2 我國村莊建設(shè)數(shù)量（參考）

1.3 無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)

無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括以下六個(gè)方面：一是小型無人機(jī)飛行平臺(tái)；二是飛行控制系統(tǒng)；三是影像獲取設(shè)備；四是移動(dòng)通信設(shè)備；五是遙控設(shè)備；六是地面的信息接收與處理設(shè)備。這些六種設(shè)備組成了無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)，根據(jù)不同測量工作的需求，工作人員也可加入其他設(shè)備輔助測量。

2 無人機(jī)低空遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)數(shù)字化測量中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)流程

2.1.1 像片控制測量

像片控制點(diǎn)的測量方法是影響測量數(shù)據(jù)成圖的重要因素，也是加密測圖數(shù)據(jù)的基本依據(jù)。

在野外的像片控制點(diǎn)布設(shè)要按照區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)要求進(jìn)行。其中像片控制點(diǎn)的選刺要依據(jù)實(shí)地目標(biāo)物體的大小安排，將像片中的影像數(shù)據(jù)考慮清晰，然后進(jìn)行內(nèi)頁轉(zhuǎn)刺，刺點(diǎn)后應(yīng)在現(xiàn)場配有文字說明及省略圖，以表明點(diǎn)位與周圍物體的關(guān)系。

2.1.2 內(nèi)業(yè)采集數(shù)據(jù)與編輯地形圖

地面物體及地貌的測繪工作可以人工作業(yè)的方式為主進(jìn)行三維跟蹤的立體測繪方法，尤其是對于礦山地質(zhì)測量工作，由于礦山內(nèi)的地形條件較為復(fù)雜，不適合人工進(jìn)行實(shí)地測量，而無人機(jī)低空遙感技術(shù)的方法可代替人工進(jìn)行外業(yè)測繪，或是選用采編一體化的測繪方式，按照要求對地面物體的要素予以數(shù)據(jù)采集。

2.1.3 制作數(shù)字正射影像圖

工作人需要對每個(gè)像對以5m網(wǎng)格為基本間距生成DEM分別進(jìn)行編輯，另外，依照航空像片的內(nèi)外方位元素，工作人員應(yīng)對所獲取的航空像片進(jìn)行方位元素上的調(diào)整，同時(shí)，還要對圖片影像進(jìn)行色彩平衡、輪廓裁切及鑲嵌處理等，才能得出最后的正射影像。

2.2 精度分析

礦山地形以山地地形為主，其中的通訊線、低壓電力線及其他管線的平面位置會(huì)存在誤差，相關(guān)誤差數(shù)值如表3所示。放寬到地面物點(diǎn)的附近野外控制點(diǎn)平面位置以后，誤差約在1.2倍。

表3 誤差情況分析（參考）

2.3 無人機(jī)低空遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

2.3.1 速度快、效率高

在應(yīng)急測繪類的項(xiàng)目應(yīng)用中，無人機(jī)低空遙感技術(shù)能發(fā)揮出巨大的行動(dòng)優(yōu)勢，如在2008年汶川地震中，無人機(jī)低空遙感技術(shù)在山地區(qū)域內(nèi)的搜救工作中起到了重要作用。由于無人機(jī)低空遙感技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取測量數(shù)據(jù)，為救災(zāi)指揮工作提供數(shù)據(jù)支持，便于工作人員在緊急情況下災(zāi)難進(jìn)行評(píng)估，尤其是礦山區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)類災(zāi)難，通常也是十分緊急的，速度與效率決定了應(yīng)急救援的效果。

2.3.2 機(jī)動(dòng)靈活性強(qiáng)

低空遙感測量作業(yè)的無人機(jī)具有快速的響應(yīng)能力，可為測繪工作提供強(qiáng)有力的保障。

由于低空遙感作業(yè)的無人機(jī)自身的設(shè)備較為輕便，故在飛行中，起降方式也更為多樣，對起降場地的要求較低，便于調(diào)試和安裝。礦山區(qū)域的山地形式較為復(fù)雜，客觀的起降條件也較為惡劣，無人機(jī)能夠適應(yīng)這樣的工作環(huán)境，并獲取準(zhǔn)確、高清的影像數(shù)據(jù)資料，極大地提升了測繪工作的應(yīng)急保障能力。

2.3.3 分辨率高、信息處理速度快

在礦山區(qū)域的地質(zhì)測量中，利用常規(guī)的攝影測量方法所需要的周期較長，其中包括圖像獲取及數(shù)據(jù)分析處理、繪制圖像等，而無人機(jī)低空遙感及數(shù)能夠在相對較短的時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目任務(wù)，并在數(shù)據(jù)處理方面具有更快的速度。無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)可與地面設(shè)備相連，將拍攝的影像與數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備中，通過實(shí)時(shí)的分析和檢測，完成對數(shù)據(jù)的處理、測量、加密、采集及測繪編輯工作，使無人機(jī)的低空遙感系統(tǒng)測量結(jié)果更為精準(zhǔn)，而該項(xiàng)技術(shù)的高分辨率與處理速度使礦區(qū)的地質(zhì)測量工作變得更為高效，促使我國地質(zhì)測量工作向數(shù)字化發(fā)展。

3 結(jié)語

無人機(jī)形式的低空遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)測量中的應(yīng)用已經(jīng)趨于數(shù)字化發(fā)展，隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)水平的提升，無人機(jī)低空遙感技術(shù)的發(fā)展前景越來越廣闊，該項(xiàng)技術(shù)以其精準(zhǔn)地測量結(jié)果及便捷的操作方式，為我國礦山地質(zhì)數(shù)字化測量工作提供了更多的可能性，推動(dòng)了測繪行業(yè)的穩(wěn)步前進(jìn)。