基于低空遙感的礦山地質(zhì)數(shù)字化測量技術(shù)研究

梁彥平

（華北地質(zhì)勘查局五一九大隊，河北 保定 071051）

正是因為無人機低空遙感技術(shù)的發(fā)展，使其一面世就成為目前大比例尺地形圖數(shù)字化測繪的重要手段之一。而利用大比例尺地形圖數(shù)字化航測試驗分析證明，其精度完全滿足現(xiàn)實要求[1]。另外一方面，無人機低空遙感在地質(zhì)測繪、礦區(qū)勘查以及山區(qū)地形測繪中均發(fā)揮著極其重要的作用。這些小區(qū)域的無人機低空遙感技術(shù)的使用，導致采取無人機低空遙感技術(shù)進行礦山地質(zhì)數(shù)字化測量的時候快速更新地形圖就成為一種技術(shù)上的可能。現(xiàn)階段而言，數(shù)字化礦山地質(zhì)測量建設已經(jīng)取得了一定的成果，研究無人機低空遙感技術(shù)在數(shù)字化礦山地質(zhì)測量中的應用，為礦山地質(zhì)數(shù)字化信息數(shù)據(jù)的更新提供了技術(shù)上的支撐，對保證我國礦產(chǎn)經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展具備重要影響。

1 基于低空遙感的礦山地質(zhì)數(shù)字化測量技術(shù)

1.1 確定無人機系統(tǒng)參數(shù)

按照測繪區(qū)的飛行方案、地形環(huán)境、地質(zhì)條件、航程遠近、載荷量以及成本費用等要求，確定無人機低空遙感技術(shù)所用的參數(shù)，全面考慮成本效率比的問題，組建或選取無人機低空遙感技術(shù)[2]。除此之外，還需要另外設置飛行任務的載荷控制參數(shù)。這是因為無人機的機體較其他機體要小得多、重量偏輕，在空中很容易受到氣流的干擾。為確保無人機低空遙感航攝影像的成像質(zhì)量，就要求其影像航向重疊度必須嚴格控制在百分之七十五至百分之九十，而旁向重疊度則需要控制在百分之四十至百分之六十五，換句話說有必要按照影像精度的具體要求、航拍速度、飛行高度以及相機參數(shù)等確定科學合理的相機拍攝的間隔時間，從而獲得合理的、滿足最后數(shù)據(jù)處理要求的重疊影像[3]。需要說明的是，除了在特別狀況下的應急需要外，必須盡可能地選擇天氣晴朗的狀態(tài)下進行航攝，以保證最終影像的清晰程度。另外在光線允許的狀況下，盡可能使用定焦鏡頭，通過小光圈進行拍攝，并把相機IPSO感光度調(diào)到最小，否則大光圈的景深如果不夠就會造成立體三維模型成像模糊，而感光度越大，產(chǎn)生信噪比就越多。同時還需要避免鏡頭發(fā)生畸變，進而確保后期制作出來的三維模型質(zhì)量合格。飛行作業(yè)的時候，借助地面站遠程低空無人機，根據(jù)方案規(guī)劃出來的航線進行自主飛行，控制搭載相機和各種傳感器航攝以及調(diào)整飛行狀況、目標地物影像等數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)能夠通利用無線數(shù)據(jù)鏈路實時傳輸給地面站，或者在無人機接收以后通過大容量儲存卡進行讀取。

1.2 數(shù)據(jù)采集和地形圖編輯

低空遙感技術(shù)主要采取無人機對大型礦山的地質(zhì)條件、地形環(huán)境以及勘探范圍進行測量和航拍，借助無人機的網(wǎng)絡傳輸將影像數(shù)據(jù)資料儲存到地面站臺的計算機內(nèi)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集和地形圖的編輯。在礦山地質(zhì)的數(shù)字化測量工作中，由于地形環(huán)境比較復雜，一般情況下會遍布電線、管線等設備儀器，因而對數(shù)字化測量數(shù)據(jù)的精度就會存在一定程度的誤差。通常狀況下，在圖上允許存在0.51mm的誤差，實地允許存在1.10m的誤差[4]。在低空無人機拍攝形成的影像數(shù)據(jù)資料的分析上，主要是對其所涵蓋的拍攝與調(diào)查范圍有著較為嚴格的標準，對影像圖的邊緣進行細致的檢查，如若沒有出現(xiàn)明顯的地形起伏狀況，色彩分布均勻、反差較小的話，就滿足礦山地質(zhì)數(shù)字化測量平面圖的最終成像要求了。

1.3 多尺度大范圍的遙感影像的快速獲取

在實際的測量過程中，無人機低空遙感技術(shù)需要按照實地環(huán)境與調(diào)查情況，采取空中三角測量技術(shù)，設定科學、合理的飛行參數(shù)，選取較為合理的飛行平臺和線路，如此就能夠在短時間內(nèi)獲取具備標準地理坐標的正射影像圖。通常一個由幾百個影像構(gòu)成的圖像數(shù)據(jù)可以在幾分鐘之內(nèi)被迅速處理，而且數(shù)千張的影像也可以在幾個小時之內(nèi)處理，這就是傳統(tǒng)測量方法沒有辦法比擬的。除此之外，利用調(diào)節(jié)波段的具體權(quán)重、測量尺度、均值因子等參數(shù)能夠完成“多尺度”影像資料的獲取，通過調(diào)改飛行姿勢、時間、拍攝補償、延遲曝光以及進行科學設計的轉(zhuǎn)彎緩沖等，能夠快速獲取到大范圍遙感影像，進一步提高遙感影像的拍攝質(zhì)量與圖像精度。

2 工程實驗與效果分析

為了更加清楚、具體的看出此方法的實際效果，特與傳統(tǒng)測量方法進行對比，對其影響精度進行比較。

2.1 實驗準備

為保證試驗的準確性，將兩種測量方法設計同樣置于相同的試驗環(huán)境之中，進行對比試驗。本文以山西省某15平方米大小左右的礦區(qū)為實驗對象。

2.2 實驗結(jié)果分析

試驗過程中，通過兩種不同的測量方法同時在相同環(huán)境下進行工作，分析其成像精度的變化。實驗效果對比見圖1所示。

從實驗結(jié)果中看出，本文提出的測量方法相比于傳統(tǒng)方法，隨著無人機航攝時間高度的增加，在圖像精度上始終高于傳統(tǒng)測量方法，最大值之間相差百分之二十左右，優(yōu)勢明顯，且波動起伏并不是很劇烈，實驗證明，本文提出的測量方法具有顯著效果。

圖1 實驗對比圖

3 結(jié)語

本文對基于低空遙感的礦山地質(zhì)數(shù)字化測量技術(shù)進行分析，依托無人機低空遙感系統(tǒng)進行探究，根據(jù)礦山地質(zhì)數(shù)字化成像要求，對航攝測量方法進行調(diào)整，實現(xiàn)本文設計。實驗論證表明，本文設計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為基于低空遙感的礦山地質(zhì)數(shù)字化測量技術(shù)的實際運用提供理論依據(jù)。