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基于無人機的礦山地質(zhì)測繪影像傳輸系統(tǒng)設(shè)計

2019-09-12 08:17:52鄒冠華
中國金屬通報 2019年8期
關(guān)鍵詞:測繪礦山測量

鄒冠華

(湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 株洲 412006)

目前礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用在為人類社會進步與發(fā)展帶來福利的同時,也導(dǎo)致了一系列現(xiàn)實問題。初期引發(fā)的是一些區(qū)域礦產(chǎn)資源不合理開采導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)難,同時也嚴(yán)重破壞了礦產(chǎn)資源的儲存環(huán)境,不僅嚴(yán)重威脅到當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,還嚴(yán)重阻礙礦產(chǎn)資源的可持續(xù)性開發(fā)以及國民經(jīng)濟的長遠發(fā)展。因此,及早發(fā)現(xiàn)礦山環(huán)境周圍潛在的不安全問題并及時進行高效合理的監(jiān)管,有利于礦產(chǎn)資源的科學(xué)開采以及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展。在礦山地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理、土石方量計算、工程量規(guī)劃方面,都需要用到大比例尺礦區(qū)地質(zhì)測繪圖。

無人機低空數(shù)字?jǐn)z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(qū)DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)。然而現(xiàn)實情況是由于影像傳輸數(shù)據(jù)量比較大、項目繁多以及影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)速度較慢等因素為影像數(shù)據(jù)的管理和儲存帶來了一系列困難。以往傳統(tǒng)通過文件手段儲存、管理海量數(shù)據(jù)生成礦山地質(zhì)測繪影像時,當(dāng)影像數(shù)據(jù)量達到一定程度,會嚴(yán)重影響礦山地質(zhì)測繪影像數(shù)據(jù)的檢索速度,并導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)出現(xiàn)假性遺失等各種問題,最終影響到數(shù)據(jù)的傳輸效率。

1 基于無人機的礦山地質(zhì)測繪影像傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 像控點布設(shè)

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(shù)碼攝像機為應(yīng)用平臺,構(gòu)成無人機低空航攝系統(tǒng)。無人機能夠在短時間內(nèi)獲得高分辨率的影像數(shù)據(jù),并利用攝影測量工作站對影像數(shù)據(jù)進行一系列的處理,借助于無人機低空航拍測量技術(shù)進行1:1000的礦山地質(zhì)地形圖的測繪,通過技術(shù)設(shè)計、影像獲取、外業(yè)控制測量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。整個礦產(chǎn)資源分布區(qū)內(nèi)像控點的布設(shè)原則為:邊緣較為密集,測區(qū)內(nèi)部布點均勻,從而確保整個礦產(chǎn)區(qū)域的平差和成圖精度,而布設(shè)部分像控點用于成圖的精度檢驗。在求得轉(zhuǎn)換參數(shù)經(jīng)精度檢核無誤后,進行像控點坐標(biāo)測量工作,每一個像控點均采用JXCORS網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shè)備必須具備DICOM 5.0 插口,需要注意的是以上設(shè)備都屬于視頻影像輸出設(shè)備。

2 基于無人機的礦山地質(zhì)測繪影像傳輸系統(tǒng)的軟件設(shè)計

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

2.1 數(shù)據(jù)影像發(fā)送與接收電路設(shè)計

從影像的礦區(qū)地質(zhì)測繪影像應(yīng)用的立場出發(fā),充分利用影像數(shù)據(jù)即元數(shù)據(jù),完成礦區(qū)內(nèi)開采數(shù)據(jù)影像的快速查詢以及精準(zhǔn)定位。本文設(shè)計的影像綜合數(shù)據(jù)庫主要包括三大部分,即FTT遠程文件數(shù)據(jù)庫,Arcs DP快視圖數(shù)據(jù)庫,元數(shù)據(jù)組件庫以及綜合數(shù)據(jù)庫。

2.2 影像管理綜合數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

影像數(shù)據(jù)發(fā)送電路主要以單片機作為中心,接口電路輸進和顯示數(shù)字化信息,儲存器儲存站號并保留與其有關(guān)的基本信息,F(xiàn)SK信號輸入電路進行信號上傳。

對無人機數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)而言,還需測試硬件設(shè)備。硬件系統(tǒng)主要包括機上發(fā)射部分(電池組、無線圖傳發(fā)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(tài)環(huán)境下測試攝像機,天線、電源系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)等工作是否正常,驗證系統(tǒng)電磁兼容性、數(shù)據(jù)記錄存儲機數(shù)據(jù)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(tǒng)的實際應(yīng)用效果,特與傳統(tǒng)礦山地質(zhì)測繪影像傳輸系統(tǒng)進行對比,對其傳輸速度進行比較。

3.1 實驗準(zhǔn)備

為保證試驗的準(zhǔn)確性,將兩種傳輸系統(tǒng)設(shè)計置于相同的試驗環(huán)境之中,進行傳輸速度對比試驗。

3.2 實驗結(jié)果分析

試驗過程中,通過兩種不同的傳輸系統(tǒng)設(shè)計同時在相同環(huán)境中進行工作,分析其傳輸速度的變化。

圖1 實驗對比結(jié)果

通過實驗對比結(jié)果,可以看出本文設(shè)計的基于無人機的礦山地質(zhì)測繪影像傳輸系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)設(shè)計,在傳輸速度上有著明顯優(yōu)勢,具有較高的時效性。

4 結(jié)語

本文對基于無人機的礦山地質(zhì)測繪影像傳輸系統(tǒng)設(shè)計進行分析,依托無人機低空數(shù)字?jǐn)z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(tǒng)影像傳輸系統(tǒng)比較分析,認(rèn)為該方法在傳輸速度上有著明顯優(yōu)勢,具有較高的時效性,極大的方便了礦山地質(zhì)測繪圖的生成,能夠更好的為礦山地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理、土石方量計算、工程量規(guī)劃服務(wù),應(yīng)用廣泛。

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