淺談無人機在礦山地質災害中應用

李建鋒

（甘肅煤田地質局一四九隊，甘肅 蘭州 730000）

礦山是地質結構、地形、地貌與地勢均十分復雜的地區，由于礦山地區的基礎交通設施相對滯后，并且，地區氣候變化較為極端，導致礦區常出現大型地質災害。而隨著相關地質勘查工作的深入，發現礦區災害會在很大程度上干預人類的正常生活行為，甚至會對市場經濟建設造成負面影響[1]。因此，如何使用現代化高新技術，對礦山地質災害進行測繪、預測等工作，成為了礦區工作者的關注熱點。無人機在此時被提出，此種高空自動監測設備又被稱為“無人駕駛飛機”，在實際應用中，使用無線電與終端網絡對其進行連接，并在遙控設備的支撐上，對無人機的飛行進行遠程操控。同時，無人機上集成了無線通信裝置，它可以將在高空中獲取的影像、視頻、圖片通信網絡，傳輸到前端。相比常規的飛機，無人機更加適用于執行存在一定危險性的任務，目前，我國在無人機領域的研究已經達到了一個階段性過程，相關應用也在市場內取得了顯著性的成果。其中，民用的無人機裝置主要應用在大學畢業作品制作、農業航拍等領域，軍用的無人機裝置主要應用于災難現場地質勘查、疾控中心傳染病控制、電力工程巡回檢查、貨物短程運輸等領域。

1 無人機在礦山地質災害中應用

1.1 布設無人機在礦區的低空拍攝像控點

為了實現無人機在礦山地質災害中應用，需要在使用無人機設備前，在礦山地質災害發生區域內，布設無人機低空拍攝的像控點。在此過程中，應先利用無人機進行礦山高空拍攝，掌握待測區域的基本地貌與地質情況，通過此種方式，獲取礦區基本地質資料。資料應包括：礦山地質全貌圖、衛星影像等，在了解與礦區相關的地質結構信息后，根據地質災害的發生規模，對無人機上的拍攝端進行校正，確保后期低空拍攝獲取的相關地質信息符合前端操作者需求[2]。同時，在礦山地形圖上擬定無人機航拍路線，并設計不同無人機在同時飛行時的航向，在有必要的情況下，可對于地質災害中心點區域，或災點附近設計無人機的航向重疊角度。在完成對無人機低空拍攝相關參數的獲取后，調整并校驗無人機攝像端的分辨率，以此種方式，提高無人機獲取影像的精度。

在完成上述相關工作的基礎上，選擇礦區內的像控點，要求選定的線控點可以清晰地拍攝到目標影像，并且十分有利于后期對地質環境的立體建模分析[3]。考慮到礦區地質結構較為復雜，采用垂直拍攝的方式，進行影像數據的獲取，可能會受到拍攝過程中，邊緣與高程高度的影響而出現陰影，因此，要求選定的低空拍攝像控點附近高程差值較低。在選定測控區域后，在此區域內均勻地排布像控點，并使用RTK網絡模式，將布設的像控點與衛星終端之間建立某種直接通信聯系。此外，需要使用終端儀表，對獲取的間斷信號進行連續化處理，直到所有的信號形成一個連續的圖像，即可召回無人機，停止拍攝。為了確保獲取的影像與信息具有一定時效性，可使用中桿，對布設的像控點進行反復測量，取多次測量的平均值作為最終結果。

1.2 快速處理礦山地質災害信息

考慮到使用無人機獲取的礦山地質災害影像信息，可能會受到外界多種因素的干擾，存在影像重疊、影像內部陰影、影像粒子尺度不清晰等問題。因此，需要在完成對連續信號的獲取后，采用DPGrid導航工具，對獲取的信號與連續信息進行快速處理與拼接，以此種方式，確保獲取的信息可以滿足終端對礦山地質災害處理、預測、測繪等方面的需求。

按照上述圖1所示的流程，對礦山地質災害基礎信息進行處理，但由于獲取的部分信息屬于復雜信息，仍沿用基礎信息處理流程無法滿足終端對連續影像獲取的需求，因此，可在完成圖1中影像處理工作的基礎上，按照下述步驟，對獲取的信息進行深度處理，具體內容如下。

圖1 礦山地質災害基礎信息處理流程

第一步，在與無人機通信的終端設備上，建立一個新建文件夾，在文件夾內創建一個Context Capture文件，并設定影像信息與連續信號的定向導入路徑。

第二步，將無人機本地照片與影像導入此文件夾內，對文件夾的參數進行調整，設置一個可行度較高的影像采樣率[4]。同時，檢查拍攝影像與圖片的完整性，對于相同區域內獲取的影像，將其歸為一個照片組，對其設定一個相機參數，參數設定時，可點擊鼠標右鍵，在菜單欄中導入前期對無人機設定的校正參數。

第三步，對每個照片組設定一個名稱，設定時可以根據“無人機拍攝時間—拍攝區域—拍攝內容”進行命名，在此基礎上，根據空間三相角度，對圖片與影像進行計算，并選擇默認模式，選擇全部的影像圖片，參考影像的定位信息與地理信息，對影像文件夾進行參考信息的重新設定。在完成相關參數的設定后，對空間信息進行檢索，定位所有的像控點是否與航片中的指定拍攝點對應。

第四步，構建一個針對礦區的三維地質模型，建模前，應當先生成一個產品類型，選擇地質災害的導入格式與縮放比例，確定地質災害在礦區內的坐標軸與平移量，完成相關操作處理后，提交三維建模成果到衛星通信端。

第五步，打開無人機檢索引擎，對配置文件中的任務傳輸路徑進行定位，檢查此路徑與預設的路徑是否匹配或一致，并將終端存儲的OSDB數據，與拍攝得到的正射影像進行集成，將集成后的圖像導入EPS三維測繪軟件中，以此實現對礦山地質災害區域的成圖，完成對礦山地質災害信息的快速處理。

1.3 礦山地質災害影像解譯與分析

在完成對獲取影像與圖像的處理后，需要使用終端多種設備與技術，對礦山地質災害影像進行解譯與分析，與此同時，將解譯端與現場指揮部門之間建立直接通信聯系，確保前端可以第一時間獲取地質災害現場數據[5]。為了使災害發生點的影像成像更加清晰，可在完成上述相關工作后，將校正的影像進行DOM疊加，將疊加后的信息與礦山地質圖像進行匹配，以此確定災害中心點，確保災害救援工作的有序實施。

在此基礎上，將無人機獲取的影像信息調整到一個較高的分辨率，此時，可在DOM影像上獲取礦區地質災害的發生邊界，沿著邊界進行災害信息與數據的采集，最終按照對應的比例尺，計算受災區域的占地面積與規模。

同時，使用GIS軟件，在super Map工具的支撐下，沿著受災區域邊界，繪制一個針對此區域的詳細地勢圖，形成一個具有多邊結構的數據，在完成對邊緣數據的處理后，將5.0m作為一個間隔，進行DEM數據的定向采集。并將地質水平面作為高程基準面，計算災害發生中心點與高程位置的直線距離與垂直高度存在的差異，以此種方式，可以得到一個高程基準面距離邊緣區域面的立方體區域，將此區域的立方體積定義為V1，在DEM數據集合中，按照相同的方式，計算從此區域到基準面地表的立方體區域體積，將此區域的立方體積定義為V2，此時可使用V1- V2的方式，得到一個具體數值，此數值為礦山地質災害發生量。

此外，通過無人機航拍的多維度影像數據，對地質災害區域內的路徑形狀、范圍、長度等進行綜合解析，結合區域的地形與地勢，可以得到受災面積。以此完成礦山地質災害影像解譯與分析工作，實現無人機在礦山地質災害中應用的研究。

2 實例應用分析

在完成無人機在礦山地質災害中應用的研究后，選擇某常發地質災害的礦區，作為此次實例應用分析的試驗點，按照1.1提出的內容，在礦區內布設無人機低空拍攝像控點，調用無人機，對圈定區域的圖像進行獲取，以前端反饋數據的分辨率與清晰度，作為評價此次實驗有效性的依據。根據試點區域的規模，選擇I、II、III、IV點作為像控點，獲取無人機在四個像控點獲取的影像信息，將影像與圖像分辨率整理成表格。如下表1所示。

表1 實驗結果

根據上述表1所示的信息可知，無人機獲取的圖像分辨率均在300.0dpi，此分辨率可以滿足印刷品圖像分辨率，且終端獲取的圖像信號呈現連續分布，因此證明本文提出的無人機應用過程，具有一定可行性。

3 結語

在深入對無人機應用的市場調查研究中發現，相關無人機在礦山地質災害中應用研究仍存在空白，為了發揮無人機在市場內更高的作用，本文深入到與此方面相關的研究中，拓展無人機的應用領域，在真正意義上實現使無人機成為一個“會飛的相機”。