探討礦山地質勘查中無人機航拍測繪技術的應用

程慧珺

（安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽 宿州 234000）

無人機航拍技術的不斷創新和發展，使其在礦山地質勘查工作中的地位不斷提升。利用無人機實現航拍測繪，有效提高測繪圖像的精度，同時，測繪操作更加簡單，測繪成像的清晰度也逐漸提高。當前，無人機航拍測繪技術已經成為礦山工作當中一種十分重要的技術，通過該技術對更多礦山信息資源進行采集和利用，從而更加全面的了解礦山地質特征，并進一步為礦山作業人員提供安全保障[1]。同時，在無人機航拍測繪技術中，融合了三維激光掃描和攝影測量等技術手段，不僅能夠利用外置數碼照片與點云擬合綜合編錄，同時還能夠利用無人機拍攝的攝影相片進行識別和計算，以此進一步提高測繪資源的利用價值。為了實現無人機航拍測繪技術在礦山地質勘查中應用效果的綜合分析，開展下述研究。

1 礦山地質勘查中無人機航拍測繪技術的應用

1.1 構建礦山地質三維數據模型

在勘查礦山地質時，通過無人機航拍測繪技術構建礦山地質的三維數據模型。在建模時，將各個位置上的點云坐標數據作為基礎，針對被勘查的礦山地質區域，在遵循細致性、色彩信息連續性的基礎上，將各個離散的點云坐標數據點進行連接，進而組成一個連續的面。在生成面構網的過程中，既可以構建一個規則的矩形網格，同時也可以根據被勘查礦山地質的特點，構建不規則的三角網格，圖1為兩種類型下礦山地質三維數據模型網格結構示意圖。

圖1 兩種類型下礦山三維數據模型網格結構示意圖

圖1中（a）表示為規則矩形網格結構；（b）表示為不規則三角形網格結構。圖1中（X0Y0）表示為模型的起始點點云坐標；DY表示為模型水平方向坐標軸；DX表示為模型垂直方向坐標軸；Xi和Yi表示為某一坐標在三維模型當中的橫軸坐標或縱軸坐標；Pij表示為重點點云坐標。在生成礦山地質三維模型時，其格式分為DTM、DEM以及DOM三種。

其中，第一種礦山地質三維模型，通過數字形式代表實際礦山地形特征的空間分布情況，其應用到遙感領域中，有效實現遙感資料的獲取和展示。第二種礦山地質三維模型又被稱之為數字高程模型，該模型有效實現展示礦山勘查中地表起伏形態特征，并自動生成柵格結構數據集合[2,3]。第三種礦山地質三維模型為礦山地質的正射影像模型，其與前兩種模型相比，信息表達更加豐富，并且更加真實和直觀。在進行礦山地質勘查的過程中，針對勘查的不同需求，按照上述三種類型，對礦山地質三維數據模型進行構建。

1.2 確定無人機航拍航線

完成對礦山地質三維數據模型的構建后，為了進一步提高測繪精度，需要確定無人機的航拍線路。在對無人機航拍航線設計時，合理選擇測繪時間和航線，分階段完成無人機的測繪工作。

首先，針對無人機航拍測繪區域必須確保其與機場之間的距離在10km以上；無人機的起降位置應當選擇在相對平坦的區域，并且保證其周圍沒有明顯的巖塊、土坎等突起結構，同時為了進一步提高無人機航拍的視野面積，選擇在植被相對稀少的區域進行測繪；最后，無人機的飛行航線必須在保證民航、軍方等許可的情況下使用，完成無人機飛行任務的單位以及勘查人員必須具備相應的無人機飛行資質。

在對無人機的航拍航線進行確定時，根據不同機型的結構、續航時間以及勘查任務，選擇的航線規劃類型包括：柵格化航線、圍繞興趣點環型航線以及二者組合型航線。其中，第一種航線可應用在礦山地質結構起伏不大的情況，這種條件下的柵格航線高度通常不會發生改變，因此，有效節省份額性能耗。針對地勢相對復雜、地形變化較大的區域，采用圍繞興趣點環型航線或二者組合型航線進行設置。首先利用柵格型航線確定正射航拍位置，并再將礦山地質勘查目標作為中心點，展開環繞式的傾斜測量，以此將兩種航線相結合，獲取到更加融合的數碼相片，便于后續在信息編錄時，獲取更加細致的影響測繪數據。

1.3 礦山地質結構快速輔助勘查信息編錄

按照上述操作，在獲取到足夠的礦山地質勘查測繪數據后，為了實現對勘查信息資源的合理利用，完成礦山地質結構快速輔助勘查信息編錄。

首先，結合上述構建的礦山地質三維數據模型，將地質勘查模型當中三維點云數據與彩色信息進行耦合匹配。并提取III級和IV級地質的結構面。為了能夠更加真實地體現地質結構空間的發育分布狀態，利用無人機航拍測繪圖像按照標記-耦合-提取的操作流程實現測繪。在對勘查位置的點云數據掃描時，利用空間多義線對勘查區域出露跡線進行描述，并對出露的結構產狀在測繪圖像上進行直接測量，通過等比例放大的方式，確定在實際礦山地質結構中，該產狀的實際結構的參數[4]。同時，在礦山地質勘查結構發育、出露清晰的條件下，利用測繪圖像直接識別。其次，利用測繪圖像標記位置與三維點云耦合匹配后，點云數據進行結構面識別和提取的方式實現對礦山地質結構快速輔助勘查信息編錄。由于通過無人機測繪得到的圖像具有更高的分辨率，因此，礦山地質中的細小結構同樣能夠在測繪圖像當中清晰展現。在編錄的過程中，直接在小結構面上對其各個參數信息進行解釋，并利用畫圖工具在測繪圖像上利用不同顏色的線條描出結構面出露跡線，并直接將測繪圖像存儲，完成對勘查信息的編錄。

2 應用效果分析

為了驗證無人機航拍測繪技術在礦山地質勘查工作中的真實應用效果，本文選擇將某地區正在進行礦山地質勘查工作的礦山作為依托，通過引入測繪技術，實現對其礦山地質結構各參數信息的獲取。

在應用過程中，選擇將該技術生成的測繪圖像分辨率作為評價指標。測繪圖像分辨率越高，說明測繪的清晰度越高，獲取到的礦山地質勘查信息越真實，反之同理。選擇利用K LAB OPTIZEN POP型號紫外分光光度計分辨率測量裝置，測量獲取到的測繪圖像分辨率，并記錄裝置上現實的結果，繪制成表1所示。

表1 測繪圖像分辨率測量結果記錄表

從表1記錄的測繪圖像分辨率測量結果可以看出，在應用無人機航拍測繪技術后，五個不同區域的測繪圖像分辨率均超過了礦山地質勘查規定的1024×800ppi分辨率精度要求。因此，通過應用實例進一步證明，引入無人機航拍測繪技術能夠實現更加高精度的礦山地質勘查，并為后續礦山工作的開展提供更有力的勘查資料。

3 結語

通過本文研究可知，無人機航拍測繪技術在礦山地質勘查工作中具有很強的工程適用性，并且未來的應用潛力巨大。但在實際應用中，應當意識到該技術仍然在不斷的發展和完善，無論是在操作、設備等方面都存在著一定的提升空間。在后續的研究中，本文針對礦山地質勘查的實際需要，對該項技術在應用中的方式及后期處理等進行優化，從而提高測繪技術在地質勘查中的利用價值。