基于無人機低空遙感技術的礦山地形圖測繪研究

礦山開采工作對國家的資源獲取和經濟發展具有不可替代的意義，因此，雖然開采行為本身也是在一定程度上破壞自然，但是在客觀的發展需求下，絕大部分國家依然在對礦山進行適度開采，并為此開發完善了一系列技術，在不影響國家經濟發展與資源獲取的情況下，所有人都在盡可能將礦山開采帶來的不良影響降到最低，由此也就衍生出了有關礦山開采的安全問題與環境問題，而這兩個問題的解決都和礦山開采過程中的精度息息相關。我國雖然地大物博且資源豐富，但是龐大的人口基數帶來了同樣驚人的資源消耗，因此在國家境內進行小幅度采集很難滿足國家經濟發展與科技研發對開采物資的需求，但大規模采集又會帶來環境和山體強度等方面的諸多問題，為此，無人機測繪技術被應用到礦山開采前的山地圖形測繪中，隨后礦山地形圖測繪中的無人機技術被鎖定在低空遙感技術方面，在必要的情況下運用高精度傾斜攝影對拍攝工作進行輔助，這是為了通過提升地形圖的精準度的方式降低開采中對山體的破壞程度和機械設備運作產生的一系列污染，避免礦山由于精度較低的開采受到不必要損傷，這也是加強我國礦山開采是也得可持續發展能力、保證我國的經濟發展能力與可持續理念的應用延續的策略之一

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1 無人機航測技術的基本原理

無人機技術是機器人技術發展中的成果之一，其相關的交叉領域還包括圖像處理技術、定位技術、數據傳輸與轉化技術、網絡技術、攝錄技術等，只有將這些技術結合在一起，才能實現無人機對地面地形的準確記錄與地形圖生成，才能實現低空遙感技術的核心作用，無人機作為該工作的主體同樣是技術核心。從本質上來講，使用無人機進行低空遙感測繪就是一個以無人機為平臺通過分辨航空影像得到數據并且將其轉化為地形圖的過程，在這一過程中，使用的技術除了無人機本身外還有實時定位技術、輔助攝錄技術、航空攝影技術等，這些都是為了保證無人機的拍照清晰度與準確度，確保無人機搭載的高分辨率彩色數字攝像機能夠充分發揮其作用，將數據傳輸到無人機控制終端中，隨后在專業的數據處理平臺上經過校正、鑲嵌、空三加密等常規處理流程后，數據會被轉化成應用數據以及地圖數據。

2 無人機低空遙感技術的優勢與不足

要通過無人機生成準確的礦山地形圖，需要充分了解無人機低空遙感技術，包括其原理以及優勢與不足，無人機側行的原理上文已經具體論述過，針對這門技術的優越性與不足之處進行充分認識，同樣有助于該技術的應用與持續改良。

2.1 無人機低空遙感技術的優勢

（1）成本相對低廉。由于低空遙感技術的載體幾乎全都是小型無人機，所以無論是在造價還是在使用成本、維護成本方面都比使用常規攝錄直升機要低廉許多，而且無人機的體積較小、帶來的危險也比較少，在使用其進行航測的時候基本不需要申請空域的使用權，且根據其飛行高度和功能性分析，無人機低空遙感技術的使用環境在國內比較寬松。

（2）數據精準度更高。通常來講，使用低空遙感無人機的主要目的之一就是獲得精準度更高的數據，以期得到誤差值最低的圖片，所以無人機上搭載的航測設備和GPS定位系統都比較先進，兩套設備的精準度都高于平均水平，具體精準度雖然會受到高度和天氣等外在因素的影響，但是在同樣條件下，低空遙感無人機的攝錄清晰度極高。需要注意的是，在進行數據轉圖像的處理時，要對星下點區域以及攝錄框內的四角坐標進行正射處理，否則圖像可能與真實地形之間存在比較高的誤差

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（3）高質量數據獲取速度更快。低空遙感無人機的技術中包括對區域性高質量數據進行快速抓取，這項能力的存在，使得低空遙感無人機不僅能夠獲得精準度更高的地形圖，而且針對特定區域可以迅速做出高精度處理。

（4）受天氣影響較小。前文已經提到過，無人機低空遙感技術飛行高度比較低，工作范圍在其測量的礦山附近，高度遠低于云層，所以，除非遭遇嚴重的惡劣天氣，否則可以在絕大部分情況下正常使用。

（5）失誤率更低。無論低空遙感無人機是否使用了人工智能技術，其本質上都是受程序操控的機械設備，因此只要在進行航測前設定好相應的程序并且在操作中不出現人為誤差，在沒有其他外力干擾的情況下基本可以確定能夠得到理想的結果，不存在通過人工拍攝可能存在的失誤等。

4.人工魚巢的建造 在水庫淺灘區，種植挺水植物（如蘆葦），并設置人工魚巢，可利用石塊、廢棄汽車輪胎、瓦礫等作材料。營造良好的水生生態環境，目的是利于鱉的棲息，以及吸引小魚蝦在此覓食、棲息，便于鱉捕捉到小魚蝦作食物。提高仿野生養殖的效果。

2.2 無人機低空遙感技術的不足

（1）事故率相對較高。凡事都是存在兩面性的，低空遙感無人機的造價比較低，與此同時其質量也很難盡如人意，很多時候控制漂浮的垃圾與鳥類等都可能對無人機造成嚴重損傷導致信號丟失，嚴重情況下會直接令無人機墜落，嚴重影響工作進度并給使用者帶來一定經濟損失。

（3）對流層與亂流層風力大小對無人機影響較大。雖然無人機不需要到云層之上工作，但是根據其飛行高度的不同，會在一定程度上受到平流層和對流層的影響，如果設備的穩定性不足，很可能在混亂的空氣流動中劇烈抖動，嚴重影響到航測的穩定性。

剛來到英國，就被英國所吸引，這里的建筑風格，人文歷史與國內大不相同。一路上，老師不停地為我們講解英國的知識，我們收獲了許多。

（2）造價較低的無人機拍攝能力有限。同樣是無人機，但是材料和使用技術的差異都會導致不同無人機之間的功能性存在差距，有些無人機不夠先進，無法搭載一定程度的技術，有些無人機穩定性不足，搭載過于昂貴的攝錄設備可能造成不必要損失，這些都導致了一些低空無人機的攝影精度不高，不能完全實現使用目標

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(二)針對村干部任職及離任專項責任審計工作一定要做到認真對待，不符合職責范圍而濫用職權，破壞黨和村民利益的村干部堅決不能放任，針對問題應及時上報，追究其責任，對于沒有經濟等方面過錯得村干部，方可允許繼續工作、調任及參加下一屆村干部選舉。總之，就是針對村務公開制度應該堅定不移的堅持發展，財務審計人員應及時對村干部進行審計，起到對村干部工作監督作用，遏制村干部腐敗現象，這從另一方面來看，村務公開，村財務監督等是民心所向，利于村干部與村民的溝通交流，解放思想，解決不必要的麻煩，促進農村的穩定建設發展。

除了對信息進行采集外，最重要的就是信息處理，只有經過正確處理的信息才有價值，而其下屬的子系統主要由三個，分別是遙感相片處理系統。空中三角測量系統以及數字化立體測量系統。

宣傳范圍受限，推廣力度偏小。“體育舞蹈圈”公眾號最大的優勢在于它是官方行業協會唯一指定與授權的體育舞蹈等級組合教學資源分享平臺，但是由于協會要求其功能異于官方微信公眾號的原因，因而在宣傳上受到局限。

（5）數據與地形圖之間的轉化成本更高。正射技術在無人機低空遙感航測中非常重要，由于設備和測量方式等多種因素的影響，低空遙感無人機的設備需要經過專業化處理才能使用，正射技術正是重要的手段之一，而該處理的花費較高，提升了低空遙感無人機礦山測繪工作的成本。

（6）立體像數據的使用價值低。雖然從理論上來講，通過低空遙感無人機獲得數據可以轉化出立體圖像，但是在大部分無人機攝像的攝像頭都無法實現橫向移動，而且缺乏精準坐標參考的情況下，立體數據的使用只能在理論上達成，實際上很難實現，也正是因此，才有了增加低空遙感無人機體量并在上面加裝高精度傾斜攝像機的做法，從而發揮其優勢，將數據通過正射技術轉化成立體性更強的測繪圖。

3 無人機低空遙感技術在礦山地形圖應用中的數據處理

在對礦山進行俯瞰攝錄的時候，主要的技術難題集中在無人機的設計與數據處理方面，至于無人機的升空與操作等都屬于比較基礎的內容，不需要多做贅述，因此接下來就無人機在礦山測繪中的數據處理問題進行剖析。

3.1 無人機低空遙感技術信息采集系統的組成

圖 5所示為秸稈炭的掃描電鏡照片，其中圖5a和圖5b分別為成型溫度200 ℃和300 ℃、CMC添加量為20%樣品的SEM圖。由圖可知，秸稈炭表面均存在著管狀結構，成型溫度為300 ℃時秸稈炭內部結構更為緊密，表面的孔相對較多。圖5c和圖5d分別為CMC添加量為10%和30%、成型溫度為250 ℃的SEM圖。由圖可知，添加量為30%的樣品暴露的管狀孔道堵塞比較嚴重，可見孔很少，而 CMC添加量為 10%的樣品存在較多的孔，這說明CMC用量的增加，會使得材料比表面積減小，導致脫臭性能的下降。

3.2 無人機低空遙感技術信息處理系統的組成

（4）使用單反攝像的無人機數據承載能力較低。由于大部分低空遙感直升機的造價和設計問題，其搭載的航測設備都是單反相機，也并不是所有無人機都具備遠程數據傳輸功能，不具備這一功能的無人機單次承載能力有限，如果需要進行測繪的礦山面積較大，可能無法一次性完成。

（3）無人機低空遙感技術中的數字化立體測量系統。使用無人機進行低空遙感攝錄的過程中，通過數字化手段將平面數據立體化是很重要的步驟，其中需要用到的包括軟件和硬件兩個系統，軟件系統根據無人機型號以及具體要求的不同有所不同，硬件方面通常包括三維鼠標以及具有針對性的專用立體觀測設備

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（2）無人機低空遙感技術中的空中三角測量系統。低空遙感無人機在攝錄過程中的路線不能隨時更改而是事先設定好的，通過運用整理好的航帶列表，能夠對航線之間的相互關系進行有效確定，內定向影像，通過有效布設不同影像之間的連接點，有效量測像控點等，能夠對三維立體模型進行勾選構建，同時進行有效定向模型，產生精準的核線影像。

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（1）無人機低空遙感技術中的相片處理系統。顧名思義，相片處理系統針對的是低空遙感無人機拍攝到的圖像數據，將這些數據作為原始文件進行一定程度的修改處理后，如果消除了全部畸變痕跡，并進行必要的預處理和拼接加工后，就可以在進行整理和檢查后直接使用。

遙感技術在信息采集中非常好用，尤其適合中小型無人機搭載，根據其需要實現的功能劃分，低空遙感無人機上的信息采集系統通常被劃分成三個部分：地面觀測系統、飛行控制系統和平臺遙感系統。

3.3 無人機低空遙感數據的主要特點

低空遙感技術的應用是這類無人機和普通航測的主要區別，從其數據特點分析的話，兩者的特征差別主要表現在四個方面：第一，低空遙感無人機的特性決定了其搭載的攝像機一般都不會是非常專業的測量型數碼相機而是單反相機，所以在航攝領域無人機這方面處于劣勢，畫面經常處于抖動與畸形狀態，開展空中三角測量前如果不進行原始矯正是無法得到正常影像的；第二，在航攝過程中要充分考慮到航攝漏洞的存在，通過窄幅放大的方式提升數據質量；第三，低空遙感無人機的穩定性等能力相對較弱，在亂流下很容易偏離既定方位，及時大方向沒有偏離但攝像頭一定會抖動，從而影響數據采集的準確性；第四，在不添加高清晰傾斜攝像頭的情況下，采用單一攝像頭的低空遙感無人機的立體圖像采集能力遠不如普通航測飛行旗，所以必須通過增加攝像頭等輔助設備或者后期特殊處理的方式彌補這一問題。但整體性來看，傳統航測和低空遙感無人機航測的數據采集等流程基本沒有差別。

3.4 低空遙感無人機礦山地形圖航測具體處理流程與工具

上文對低空遙感無人機的信息采集與信息處理系統的組成進行了相對籠統的論述，接下來要具體分析的是在礦山地形圖測繪過程使用的數據設備與操作流程。從無人機低空遙感技術的工作流程和內容來看，可以將其劃分為航測外業和航測內業兩大部分，兩者分別是數據采集和數據轉化的全過程，前者包括對礦山周圍環境的調查、監控點的設立、拍攝路線的制定以及低空遙感拍攝的全過程，后者包括收集整理監控數據、建立項目并對數據做初始化處理、點云和紋理處理、DSM處理、數據的正射處理、數據數字化轉化、圖片生成與編輯以及最終的質量審核與應用。無人機低空遙感工作中的航測外業常用硬件包括大疆精靈4Pro無人機、蘋果min4平板電腦，處理數據的軟件通常是DJIGSPro。在具體工作過程中，在勘察現場要根據實際情況布設像控點并確定無人機升降位置及航線，隨后使用DJIGSPro劃定航攝區域，系統自動規劃航線，實現全自動航點飛行和自動返航作業。

2)評估指標配置：配置每個診斷對象的評估指標集及權重分配、診斷評估算法和反映診斷對象狀態的診斷評估數據源，即確定診斷的計算模型和輸入參數，解決如何診斷的問題。

航測內業的數據處理軟件采用Pix4Dmapper。Pix4Dmapper將空三計算、平差計算與正射校正和影像鑲嵌等算法進行封裝，提供統一的數據輸入接口，后臺自動計算將結果輸出。具體工作分為三步：首先，新建項目并獲取參數；其次，獲取航測拍攝內容與監控點資料；最后，對數據進行正射處理，隨后進行點云及紋理及正射影像（DOM）生成。上述內容完成后，利用GlobalMapper軟件將DOMDXF轉化成矢量文件和TIF圖像文件，在CASS中對DOM數字化和對DSM數據處理，得到生成礦區地形圖。

4 信息時代礦山航測中無人機低空遙感技術的信息數據服務工作落實

隨著信息技術的不斷發展，當今的礦山地形圖測繪工作早已完全脫落人力的桎梏，采用無人機運用不同的方式獲得礦山地形的數據，然后經過專業軟件的轉化得到需要的數據，這個過程中最重要的元素除了無人機和攝錄設備的性能之外，還包括數據轉換技術及信息數據服務工作，否則即使能夠獲取的有用的數據信息也很難將其應用到實際開采活動中。對數據的處理能力如何，與信息服務息息相關，因此，針對數據處理工作進行規劃設計是必須的，要充分考慮到其中的服務性，通過信息服務能力提升，保障數據轉化效果。要實現數據服務理念，就要從兩個角度入手，一方面重視服務中的與時俱進精神，不能始終以同樣的態度和方法解決變化中的問題，另一方面服務人員也要熟練掌握最新的信息技術應用方式，將全新的服務能力與服務理念結合在一起，形成全新的數據服務體系。

4.1 通過數據輸出與數據庫管理工作提升

使用低空遙感無人機進行航測之后，要進行數據處理才能得到能夠使用的地形圖，而良好的信息化服務正是數據處理的基礎，為了提升信息化服務的能力從而保證信息的準確性和可用性，加強數據管理和信息檢索能力是必須的，這方面的工作可以從這兩方面落實：第一，在完成所有數據解析與輸出工作之后，需要將得到的數據以地形圖的形式打印出來，在這個過程中，要充分考慮到圖片的可用性，無論是清晰度還是排版樣式等都要根據實際情況做出調整，同時，要將所有使用過的數據以及轉化得到的結果妥善保存方便日后使用，避免不必要的成本支出；第二，對于數據庫和數據傳輸、解析行為都要進行妥善管理，確保工作人員不出現低級錯誤且能夠對工作內容進行保密，對無人機低空遙感技術下的礦山地形圖測繪數據進行嚴格管理有利于提升數據的準確度，而且還能夠最大程度保障數據的安全性。

4.2 無人機低空遙感技術中的地形圖質量檢測

無人機航測本身會受到多重因素的干擾，其中低空遙感無人機由于飛行高度原因，雖然不受除極其惡劣天氣之外的普通氣候影響，但是會被平流層混亂的氣流帶動，所以很多數據和畫面會和真實情況有所偏差，即使經過了專業人員使用軟件進行修復也不排除其中存在一定誤差，這個時候就需要通過特定方法檢測地形圖與實際地形的符合程度，如果誤差過大就需要重新拍攝且調整方法，雖然受到環境影響，攝錄得到的數據即使經過還原也不可能和實物完全一致，但需要確保誤差率小于一定數值才有使用價值。在檢查地形圖質量之前通常都會先用無人機進行實驗，比如針對規模不同的礦山進行多次高度相同的航測，對相同礦山進行高度不同的航測，通過多次航測數據得到平均值并盡量消除誤差，使用GPS技術獲取真實數據并在DOM上獲取平面坐標，結合DSM上的高程坐標，得到三者綜合后的、誤差最低的數據，保障礦山開采中地形圖的質量，通常來講，在測繪比例尺為1∶2000的地圖的時候能夠做到將誤差控制在0.8cm以下就達到了標準要求，誤差低于這個數值的測量數據被視為有效數據。

5 結語

綜上所述，在礦山開采前利用無人機低空遙感技術進行地形圖測繪是很有必要的行為，這樣的做法具有成本低廉、測量清晰等優點，無論是從后續開采的安全性考慮，還是從礦山開采總支出的角度考慮，都是具備廣闊前景的測繪方法。低空遙感無人機在測繪礦山地形圖的時候表現出了極高的精準度，為礦山開采的精確度與安全指數提升提供了巨大助力。不僅如此，如果在低空遙感無人機上安裝安裝多個傾斜攝像機，還能夠全方位提升所繪制圖像的立體化程度，讓礦山地形測繪工作取得更好的效果。總之，從當前的理論研究和實踐應用角度看來看，無人機低空遙感技術可以稱之為礦山測繪中最重要的地形圖繪制手段，且其實用性隨著地形復雜程度的提升而提升。

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