無人機航測技術在礦山測繪中的應用研究

宋 翔

（安徽省地質礦產(chǎn)勘察局321地質隊，安徽 銅陵 244033）

無人機航測技術以其全自動、高效率、高精度、高精細的優(yōu)勢在礦山測繪方面應用廣泛。隨著無人機與數(shù)碼相機技術的共同發(fā)展，基于無人機平臺的數(shù)字航攝技術已顯示出其獨特的優(yōu)勢，無人機與航空攝影測量相結合使得“無人機數(shù)字低空遙感”成為航空遙感領域的一個嶄新發(fā)展方向，無人機航拍可廣泛應用于國家重大工程建設、災害應急與處理、國土監(jiān)察、資源開發(fā)、新農(nóng)村和小城鎮(zhèn)建設等方面，尤其在基礎測繪、土地資源調查監(jiān)測、土地利用動態(tài)監(jiān)測、數(shù)字城市建設和應急救災測繪數(shù)據(jù)獲取等方面具有廣闊前景。為貫徹落實中共中央、國務院印發(fā)的《法治政府建設實施綱要（2015-2020年）》（中發(fā)〔2015〕36號）和《關于印發(fā)國家測繪地理信息局貫徹落實〈法治政府建設實施綱要（2015－2020年）〉實施意見的通知》（國測法發(fā)〔2016〕10號）精神，加快推進礦山測繪工作法治建設，進一步提高依法管理礦山測繪地理信息事務水平，結合全國礦山測繪地理信息工作精神，致力于利用無人機航測技術提高礦山測繪精準度。為此，必須以礦山地質觀察研究為基礎，根據(jù)礦山測繪任務的具體要求，以較短的時間和較少的工作量為前提，獲得較多、較好地質成果為原則，并結合無人機航測技術，確保我國國土資源的安全。

1 無人機航測技術在礦山測繪中的應用研究

考慮到地表礦產(chǎn)資源已經(jīng)被開采的所剩無幾，地質勘查工作必將向越來越深的地質方向進行[1]。這就意味著對礦山測繪的要求越來越高，無人機航測技術雖然只是一種攝影方法，但重要的是無人機航測能夠利用計算機視覺技術獲得足夠數(shù)量和具有足夠重疊度的三維影像，實現(xiàn)了應急測繪。因此，本文進行無人機航測技術在礦山測繪中的應用研究。

1.1 確定礦山測繪結構

在基于無人機航測技術確定礦山測繪的結構的前提下，必須進行野外地形踏勘，預先選取測量點。在使用無人機航測技術進行礦山測繪工作時，必須優(yōu)先劃分好重點測繪的礦山區(qū)域。再選取對應的測量點致力于確保有效控制無人機能夠按照預先設定的飛行路徑飛行。在選取測量點的時候，必須要遵循由易到難的選取原則。優(yōu)先選取礦山中特征性強、即使在高空也極易被發(fā)現(xiàn)的物體作為測量點，尤其要針對電線桿、水井等影像不易判讀的地物進行補測。將被選取的測量點作為礦山測繪的結構基準，接著利用無人機開始進行航測，使無人機航測得到的圖像精準、可靠。通過無人機航測技術收集礦山測繪所需的數(shù)據(jù)，整理成滿足礦山測繪軟件可使用的數(shù)據(jù)格式，主要包括圖片、WORD及紙質格式的水文、工程鉆孔數(shù)據(jù)；水質監(jiān)測井，城區(qū)供水井動態(tài)數(shù)據(jù)；地質地貌圖、綜合水文地質圖、水化學類型、礦化度圖等矢量圖件數(shù)據(jù)；PDF或WORD格式成井報告數(shù)據(jù)。在確定礦山測繪結構的工作中，充分運用無人機航測技術能夠實現(xiàn)對礦山地質全方位的精準采集。并且在確保滿足實際需求的情況下，利用無人機航測技術能夠實現(xiàn)360°的無死角轉換，在各個角度對礦山地質情況進行拍攝。這樣一來，不僅可以保證整個礦山地質拍攝到的畫面具有極高的完整度以及清晰度，還能夠精確采集礦山測繪的綜合數(shù)據(jù)信息。通過無人機航測技術為礦山中所有復雜的表面提供關鍵而精確的測量，從傾斜的影像到檢查垂直壁的成分和結構完整性，再到收集的評估爆破前后評估的調查數(shù)據(jù)。

1.2 獲取礦山測繪數(shù)字正射影像圖

由于傳統(tǒng)測繪技術對礦山測繪的效率已經(jīng)無法滿足目前礦山開采工作量的需求。無人機航測技術作為傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補充，具有機動靈活、高效快速、精細準確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短等特點，能夠在小區(qū)域和飛行困難的地區(qū)快速獲取高分辨率影像。通過無人機航測技術依據(jù)測區(qū)具體地形情況設定各項飛行參數(shù)，再通過相機參數(shù)調校，以高分辨率測繪遙感衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星為主，結合相關無人機航測設備，利用專業(yè)軟件進行拼圖處理，生成點云數(shù)據(jù)以及數(shù)字正射影像圖。在獲取數(shù)字正射影像圖后，還需要對即將導入的無人機航測地質數(shù)據(jù)進行預處理，主要包括：利用收集到的監(jiān)測井、水文地質圖、地形地貌圖以及地質成果報告等無人機航測圖像進行初始化制作。為了避免系統(tǒng)自動化生成無人機航測圖像較“生硬”的現(xiàn)象，基于無人機航測技術結合水文地質和工程地質專業(yè)技術人員自身豐富的地質工作經(jīng)驗在紙介質上刻畫初始的水文、工程地質剖面圖，系統(tǒng)反應區(qū)域地表地信和地貌特征、地下地質和構造特征、地下水位變化特征、含水和隔水巖組分布特征，形成較為完整的礦山測繪邊界線數(shù)據(jù)。圖像矢量化的具體內容為：將紙質的水文和工程地質剖面經(jīng)過掃描成圖，然后在MapGIS地圖編輯器中進行人工矢量化，對礦山測繪邊界線進行拓撲查錯，再進行拓撲造區(qū)處理，形成矢量礦山測繪數(shù)據(jù)。礦山測繪區(qū)賦參數(shù)屬性：結合航測得到的圖像，制定標準地層表，制作礦山測繪參數(shù)屬性圖例版，最終制作出帶有標準化顏色、紋理和屬性的標準礦山測繪數(shù)據(jù)。

因此，必須大力加強無人機測繪能力建設，構建多比例尺、多類型、多型號的自主無人機測繪對地觀測體系，形成以高分辨率為主的立體測繪能力，使高分辨率遙感影像自給率達到80%，從而提升礦山測繪的效率。與此同時，還可以建立集礦山測繪總體設計、仿真、檢校、數(shù)據(jù)處理、服務和質量控制于一體的無人機航測技術、產(chǎn)品以及標準體系，最大程度上推進無人機航測技術在礦山測繪中的能力建設，致力于形成多分辨率、多比例尺的礦山測繪信息，支撐新型礦山基礎測繪的技術需求。伴隨科學技術的不斷發(fā)展，無人機航測技術能夠具有WiFi熱點功能，使任何智能終端均可接入接收機，對接收機參數(shù)進行查詢、配置，從根本上減少礦山測繪工作中不必要的流程，進而提升礦山測繪的效率。

1.3 處理礦山測繪圖像

在實際開展礦山測繪工作之前，不僅要基于無人機航測技術選取相應的測量點，還要反復檢查無人機設備，做好相關設備調整工作，確定無人機攝像頭的各項指標正確等。為了提高礦山測繪的精準度，對礦山地質圖像進行有效處理以及高質量的攝影測量，必須對無人機進行加固，避免在拍攝過程中無人機攝像頭移位或者松動問題的發(fā)生。由于無人機航測在礦山測繪的過程中，無人機即便遭受到外界環(huán)境的干擾，但外界干擾對無人機產(chǎn)生的具體影響較小。特別值得注意的是無人機的飛行速度以及拍攝角度等問題，這些因素是直接可以影響到拍攝圖像的效果。為了達到對于礦山測繪預期的效果，在對拍攝到的圖像進行后期處理中，必須融合其它多項圖像處理技術，去除圖像中的干擾項。礦山測繪圖像處理綜合信息，如表1所示。

表1 礦山測繪圖像處理綜合信息表

通過表1可知，無人機航測技術用于礦山地質勘查捕捉航拍圖像，能夠針對拍攝到的圖像進行高精度的處理。這些圖像作為礦山測繪的基礎，從2D地圖到3D模型，無人機航測技術能夠創(chuàng)造新的可交付成果。為礦山測繪開辟了全新的機會，從而提高了礦山地質勘查的精度以及速度回轉[3]。綜上所述，通過無人機航測技術在礦山測繪中的應用，借助軟件工具，進行礦山測繪填圖，獲得整個工作區(qū)的礦山測繪成果。本文通過將無人機航測技術引進到無人機航測技術，致力于使之能夠全面滿足礦山測繪的需求，為專業(yè)技術人員和管理者提供規(guī)范化、綜合化、智能化的航測技術，同時作為城市地質工作與政府及社會需求之間的橋梁，為政府決策、礦山建設布局和功能區(qū)劃、重大工程建設與災害防治、礦山地質資源的合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護等提供地質科學依據(jù)，提升礦山科學發(fā)展和管理水平，更好地促進礦山經(jīng)濟全面協(xié)調發(fā)展。

2 結語

本文從礦山測繪工作的實際需要出發(fā)，為進一步提高礦山測繪的精準度，必須掌握無人機航測技術在礦山測繪效果方面的影響。在此基礎上，對礦床進行科學管理。通過分析無人機航測技術在礦山測繪中的應用，證明了無人機航測技術對于工業(yè)化發(fā)展的重要意義。通過本次應用研究，借助軟件提供的工具，能夠掌握無人機航測技術主要的應用方法體系，也是本次研究取得的一項重要成果。盡管本文認為只要合理運用無人機航測技術就可以提高礦山測繪的精準度，但仍缺乏一些實踐來證明技術的有效性。因此，有理由加大無人機航測技術在礦山測繪中的應用研究。科學的礦山測繪可以提高我國對礦產(chǎn)資源的勘查效果和勘查效率，有望可以推動我國工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，并且為今后的礦山地質勘查提供一定的指導意義。