基于無人機的礦山地質測繪影像傳輸系統設計

鄒冠華

（湖南有色金屬職業技術學院，湖南 株洲 412006）

目前礦產資源的開發利用在為人類社會進步與發展帶來福利的同時，也導致了一系列現實問題。初期引發的是一些區域礦產資源不合理開采導致的地質災難，同時也嚴重破壞了礦產資源的儲存環境，不僅嚴重威脅到當地生態環境，還嚴重阻礙礦產資源的可持續性開發以及國民經濟的長遠發展。因此，及早發現礦山環境周圍潛在的不安全問題并及時進行高效合理的監管，有利于礦產資源的科學開采以及生態環境的可持續性發展。在礦山地質環境的恢復治理、土石方量計算、工程量規劃方面，都需要用到大比例尺礦區地質測繪圖。

無人機低空數字攝影測量具備高機動性、高分辨率、高度集成性以及低成本的一系列特征，可以有效獲取礦區DLG、DEM、DOM數據。然而現實情況是由于影像傳輸數據量比較大、項目繁多以及影像數據生產速度較慢等因素為影像數據的管理和儲存帶來了一系列困難。以往傳統通過文件手段儲存、管理海量數據生成礦山地質測繪影像時，當影像數據量達到一定程度，會嚴重影響礦山地質測繪影像數據的檢索速度，并導致影像數據出現假性遺失等各種問題，最終影響到數據的傳輸效率。

1 基于無人機的礦山地質測繪影像傳輸系統的硬件設計

1.1 像控點布設

無人機作為一種以無線電遙控或自身程序控制的不載人飛機，其搭載高分辨率的CCD數碼攝像機為應用平臺，構成無人機低空航攝系統。無人機能夠在短時間內獲得高分辨率的影像數據，并利用攝影測量工作站對影像數據進行一系列的處理，借助于無人機低空航拍測量技術進行1:1000的礦山地質地形圖的測繪，通過技術設計、影像獲取、外業控制測量、內業數據傳輸處理等一系列的工作，得到全面、符合精度要求的DLG、DEM、DOM數據。整個礦產資源分布區內像控點的布設原則為：邊緣較為密集，測區內部布點均勻，從而確保整個礦產區域的平差和成圖精度，而布設部分像控點用于成圖的精度檢驗。在求得轉換參數經精度檢核無誤后，進行像控點坐標測量工作，每一個像控點均采用JXCORS網絡RTK獨立觀測量兩次，獲得固定解后方可進行下一步測量工作，平面位置較差小于3cm，高程較差小于5cm時，取平均值作為最終成果，精度不能滿足該要求時，需進行重測。

1.2 影像采集設備

Avermedia高清視頻采集卡兩張，PCIE采集卡，CCD攝像頭兩個，Osmo Action攝像機三臺，GoPro Hero 7Black 攝像機一臺，CCD相機三臺，Panosonic高速掃描儀四臺，以上設備必須具備DICOM 5.0 插口，需要注意的是以上設備都屬于視頻影像輸出設備。

2 基于無人機的礦山地質測繪影像傳輸系統的軟件設計

與傳統測量方法相比較，無人機起飛降落靈活，響應能力快速機動，飛行導航控制系統保證無人機按規定航線飛行，可進入大面積復雜區域、放射性災害等困難地區進行航拍作業，大大提高了制作數字化地形圖（Digital Line Graphic，DLG）、數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、數字正射影像（Digital Ortho Map，DOM）的工作效率，已成為當今礦山地質測繪信息獲取的重要手段。

2.1 數據影像發送與接收電路設計

從影像的礦區地質測繪影像應用的立場出發，充分利用影像數據即元數據，完成礦區內開采數據影像的快速查詢以及精準定位。本文設計的影像綜合數據庫主要包括三大部分，即FTT遠程文件數據庫，Arcs DP快視圖數據庫，元數據組件庫以及綜合數據庫。

2.2 影像管理綜合數據庫結構設計

影像數據發送電路主要以單片機作為中心，接口電路輸進和顯示數字化信息，儲存器儲存站號并保留與其有關的基本信息，FSK信號輸入電路進行信號上傳。

對無人機數據獲取系統而言，還需測試硬件設備。硬件系統主要包括機上發射部分（電池組、無線圖傳發射器、天線及天線連接線）和地面接收與顯示部（圖像接收機），在靜態環境下測試攝像機，天線、電源系統、存儲系統等工作是否正常，驗證系統電磁兼容性、數據記錄存儲機數據傳輸功能等。

3 實驗與效果分析

為了更加清楚、具體的看出此系統的實際應用效果，特與傳統礦山地質測繪影像傳輸系統進行對比，對其傳輸速度進行比較。

3.1 實驗準備

為保證試驗的準確性，將兩種傳輸系統設計置于相同的試驗環境之中，進行傳輸速度對比試驗。

3.2 實驗結果分析

試驗過程中，通過兩種不同的傳輸系統設計同時在相同環境中進行工作，分析其傳輸速度的變化。

圖1 實驗對比結果

通過實驗對比結果，可以看出本文設計的基于無人機的礦山地質測繪影像傳輸系統相比于傳統設計，在傳輸速度上有著明顯優勢，具有較高的時效性。

4 結語

本文對基于無人機的礦山地質測繪影像傳輸系統設計進行分析，依托無人機低空數字攝影測量具有高機動性、高分辨率、高度集成性以及低成本的工作特征，通過與傳統影像傳輸系統比較分析，認為該方法在傳輸速度上有著明顯優勢，具有較高的時效性，極大的方便了礦山地質測繪圖的生成，能夠更好的為礦山地質環境的恢復治理、土石方量計算、工程量規劃服務，應用廣泛。