無人機遙感技術在地質資源調查中的應用

韓 飛，江佳琳，李柏權

（海南省地質綜合勘察院，海南 海口 570206）

隨著我國經濟的高速發展，地質勘查方法也從傳統的人工勘查轉為智能化勘查。智能化技術的應用對工程項目的快速實施提供了極大幫助。開展地質資源調查，有助于解決工程項目施工區域相關問題。無人機通過從不同角度和不同時間空中觀察和攝影，利用地貌形態、地物陰影、土壤覆蓋情況和植被等種種標志，解釋出地面或地下的某些地質特征。在有利條件下，某些地質信息可以通過對地面信息的干擾而顯現出來。由于航空遙感勘查視野的擴大，和容易將地面上看起來毫無規律的地質情況，通過隱約顯露的解譯標志加以識別。特別是在地質勘查人員無法到達、自然條件惡劣、地貌復雜地區（如某些高山、高原地帶），利用遙感影像解譯方法進行調查時最快捷的方法。該方法在國內外的應用較為普遍，也取得了突出的成效。

1 無人機遙感特點

1.1 機動快速的響應能力

飛行系統升空準備時間短、操作簡單、運輸便利。可迅速到達測區附近設站，進行云下低空低速飛行作業。

1.2 高分辨率圖像和高精度定位數據獲取能力

掛載特定任務設備，可獲取超高分辨率數字影像和定位數據、可進行復雜的姿態飛行和快速掃描地表信息，并進行應用分析以及與其他數據源的快速融合。

1.3 低廉的運營成本，便利的系統維護

系統的置建費用較低，運營成本、維護成本和操作手的成本遠遠低于載人機系統。

2 無人機作業方法

2.1 確定測區準確位置

根據項目要求要求，確定測區準確位置。

2.2 確定測區無人機作業性質

無人機作業性質主要分為：正射攝影和傾斜攝影。

2.2.1 正射攝影

正射影像數據獲取：一般掛載單鏡頭，設角度為-90度（鏡頭正對地面），航線采用弓字型飛行。

2.2.2 傾斜攝影

傾斜影像數據獲取：可掛載5拼傾斜鏡頭，設角度為-90度，航線采用弓字型飛行。

2.3 實地勘查

充分了解航攝區域的地形地貌、氣候條件及人工設施等基本情況，確定無人機起降位置，一般要求地勢平坦，周圍無遮擋，保證無人機在作業時處于操作人員的視線內，再確定區域內最高點高程和高程變化較大的位置，為后續的航線規劃提供依據。

2.4 航線規劃

在現場踏勘、作業性質及攝區面積的基礎上，制定詳細的飛行方案。

根據航攝相機參數、航高、航攝重疊度和分辨率等要求設計航線。

2.5 飛行作業

進行場地試飛，檢查無人機狀態、校準指南針、調整相機曝光度等參數。準備完成后，按照預先的航線規劃進行飛行作業，并時刻注意無人機飛行安全和電池電量，保證其安全返航。

2.6 無人機回收

作業完成，回收無人機，并獲取航攝數據。

3 數據處理

根據無人機的作業性質，通過數據處理系統，將獲取的無人機姿態信息（POS數據）及任務荷載的原始數據，經過POS數據和原始數據處理、格式轉換以及預處理后，生成正射影像圖和三維模型影像圖。

3.1 正射影像

正射影像是指將中心投影的相片，經過糾正處理，在一定程度上限制了因地形起伏引起的投影誤差和傳感器等誤差產生的像點位移的影像。正射影像作為一種測繪產品，同時具有光學精度、幾何精度和影像特征，信息量大、直觀真實、內容豐富。

正射影像處理采用軟件可用Pix4Dmapper。Pix4Dmapper是一款專業的航空攝影測量軟件，集全自動、快速、專業精度等多功能于一體。支持通過手動或者無人機捕獲區域的不同圖像，通過在軟件中使用圖像來獲得精準的二維地圖（正射影像圖），并能夠自動以不同的顏色顯示地表不同部分的區域和效果（見圖1）。

圖1 某區域進行無人機航攝正射圖

3.2 傾斜攝影

傾斜攝影技術是通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同的角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。傾斜攝影可真實反映災害體周邊情況，相較正射影像，傾斜影像能提供更多角度去觀察災害體，通過影像后處理軟件應用，可直接基于成果影像進行包括面積、角度、長度、高度、坡度、方位等的測量以及計算災害體的體積。

傾斜影像處理采用軟件可用ContextCapture(Smart3D)。ContextCapture能夠以一組對靜態建模主體從不同的角度拍攝的數碼照片作為輸入數據源，加入各種可選的額外輔助數據：傳感器屬性（焦距、傳感器尺寸、主點、鏡頭失真）、照片的位置參數（如GPS）、照片姿態參數、控制點等。ContextCapture在處理數據過程中無需人工干預，可根據輸入的數據的大小，自動進行空中三角測量計算，并輸出高分辨率帶有真實紋理的三維模型。所輸出的三維模型能夠準確、精細地復原出建模主體的真實色澤、幾何形態及細節構成。

圖2 傾斜攝影測量飛控組成圖

4 成果應用

以不同時期的衛星影像數據與無人機航攝數據進行對比，可分析工程施工區域地形、地貌的變化情況，從而初步圈定復雜地形區的分布范圍；再結合三維模型數據，從而初步撐握施工區域周邊的地形地貌，為后期地質調查的鉆孔布置及路線規劃提供可靠的數據支撐。

5 結語

無人機遙感，是利用先進的無人駕駛技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通信技術、GPS差分定位技術和遙感應用技術，實現自動化、基礎測繪、土地利用調查等方面的應用，具有使用范圍廣、作業成本低、續航時間長、影像實時傳輸、圖像分辨率高（厘米級別）、時效性好等優點，是衛星遙感與有人航空遙感的有力補充。