關于低空遙感的礦山地質數字化測量技術研究

李春育，王佩佩，衛 銘

（陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005）

當代經濟的發展帶動了我國數字化測量技術的創新，即使許多部門已經配備了衛星遙感影像技術，但這種測量方式仍然較為傳統，無法滿足當代礦山地質測繪工作的高分辨率需求。

低空無人機遙感攝影技術具有更高的機動性與靈活性，在小區域的測繪及應急數據獲取中，相較于傳統測量技術以衛星等大型搭載平臺為核心的測繪方式，低空無人機操控技術遙感攝影技術則突顯出更為明顯的優勢。

1 無人機低空遙感系統的相關內容

1.1 技術特點

（1）無人機在低空飛行的狀態下，可短時間內完成升空準備，操作較為簡單，空域申請便利，并且能夠按照實際的工作要求迅速到達指定的工作區域完成測繪任務，無人機的低空遙感系統具有快速響應的工作優勢。

（2）無人機低空遙感系統中的傳感器可幫助技術人員獲取分辨率更高的數字影像數據，尤其是在特殊目標的監測工作中，無人機在搭載全色波段、單色波段等多種傳感器的同時，能夠進行多角度的拍攝工作，使無人機低空遙感系統具有較為明顯的高分辨率特點。

（3）無人機的市場造價較低且維護工作相對簡單，相對于傳統測量技術中所使用的飛機航攝系統，無人機的運營成本及維護成本都遠遠低于前者，并且在操作成本上，無人機也具有絕對的優勢。在礦山地質的數字化測量中，無人機低空遙感系統的低造價特點使其得到了廣泛地應用。

（4）無人機的數字產品中包括了多種全景攝影圖像，可逐級放大漫游，建立數字化的高程模型，以多樣化的數字產品形式展現其測繪成果，能夠滿足更多的工作需求。

1.2 應用領域

1.2.1 應急測繪領域

近些年來，我國礦區內的自然災害頻繁發生，尤其是地質類災害，對國民經濟的影響是不容忽視的，如表1所示，我國礦區內所發生的地質類災害每年造成的經濟損失約為2000億元，故對礦區地質的測量工作十分重要，可根據測量結果采取一些防范措施，以減少經濟損失。無人機的快速響應能力使其在地震災害應急測繪中得到了重要應用，如洪水災害及雪災等事故中，無人機都能為應急測繪提供數據參考。

表1 地質類災害每年造成的經濟損失（參考）

1.2.2 新農村建設領域

新農村建設是我國實現全面小康社會以后的重要戰略部署，在新農村的建設中，無人機低空遙感測繪也能發揮出一定的作用。如表2所示，我國的村莊分布面積較廣，但個體村莊的面積較小。若在新農村建設領域的測繪工作中使用傳統的飛機航空攝影測量技術，則會浪費許多成本，而無人機低空遙感數字化測量技術可為大比例尺地形圖的制作提供優勢。

表2 我國村莊建設數量（參考）

1.3 無人機低空遙感系統

無人機低空遙感系統的構成主要包括以下六個方面：一是小型無人機飛行平臺；二是飛行控制系統；三是影像獲取設備；四是移動通信設備；五是遙控設備；六是地面的信息接收與處理設備。這些六種設備組成了無人機低空遙感系統，根據不同測量工作的需求，工作人員也可加入其他設備輔助測量。

2 無人機低空遙感技術在礦山地質數字化測量中的應用

2.1 技術流程

2.1.1 像片控制測量

像片控制點的測量方法是影響測量數據成圖的重要因素，也是加密測圖數據的基本依據。

在野外的像片控制點布設要按照區域網布點要求進行。其中像片控制點的選刺要依據實地目標物體的大小安排，將像片中的影像數據考慮清晰，然后進行內頁轉刺，刺點后應在現場配有文字說明及省略圖，以表明點位與周圍物體的關系。

2.1.2 內業采集數據與編輯地形圖

地面物體及地貌的測繪工作可以人工作業的方式為主進行三維跟蹤的立體測繪方法，尤其是對于礦山地質測量工作，由于礦山內的地形條件較為復雜，不適合人工進行實地測量，而無人機低空遙感技術的方法可代替人工進行外業測繪，或是選用采編一體化的測繪方式，按照要求對地面物體的要素予以數據采集。

2.1.3 制作數字正射影像圖

工作人需要對每個像對以5m網格為基本間距生成DEM分別進行編輯，另外，依照航空像片的內外方位元素，工作人員應對所獲取的航空像片進行方位元素上的調整，同時，還要對圖片影像進行色彩平衡、輪廓裁切及鑲嵌處理等，才能得出最后的正射影像。

2.2 精度分析

礦山地形以山地地形為主，其中的通訊線、低壓電力線及其他管線的平面位置會存在誤差，相關誤差數值如表3所示。放寬到地面物點的附近野外控制點平面位置以后，誤差約在1.2倍。

表3 誤差情況分析（參考）

2.3 無人機低空遙感技術的應用優勢

2.3.1 速度快、效率高

在應急測繪類的項目應用中，無人機低空遙感技術能發揮出巨大的行動優勢，如在2008年汶川地震中，無人機低空遙感技術在山地區域內的搜救工作中起到了重要作用。由于無人機低空遙感技術能夠在短時間內獲取測量數據，為救災指揮工作提供數據支持，便于工作人員在緊急情況下災難進行評估，尤其是礦山區域內的地質類災難，通常也是十分緊急的，速度與效率決定了應急救援的效果。

2.3.2 機動靈活性強

低空遙感測量作業的無人機具有快速的響應能力，可為測繪工作提供強有力的保障。

由于低空遙感作業的無人機自身的設備較為輕便，故在飛行中，起降方式也更為多樣，對起降場地的要求較低，便于調試和安裝。礦山區域的山地形式較為復雜，客觀的起降條件也較為惡劣，無人機能夠適應這樣的工作環境，并獲取準確、高清的影像數據資料，極大地提升了測繪工作的應急保障能力。

2.3.3 分辨率高、信息處理速度快

在礦山區域的地質測量中，利用常規的攝影測量方法所需要的周期較長，其中包括圖像獲取及數據分析處理、繪制圖像等，而無人機低空遙感及數能夠在相對較短的時間內完成項目任務，并在數據處理方面具有更快的速度。無人機低空遙感系統可與地面設備相連，將拍攝的影像與數據傳輸到地面設備中，通過實時的分析和檢測，完成對數據的處理、測量、加密、采集及測繪編輯工作，使無人機的低空遙感系統測量結果更為精準，而該項技術的高分辨率與處理速度使礦區的地質測量工作變得更為高效，促使我國地質測量工作向數字化發展。

3 結語

無人機形式的低空遙感技術在礦山地質測量中的應用已經趨于數字化發展，隨著當代科學技術水平的提升，無人機低空遙感技術的發展前景越來越廣闊，該項技術以其精準地測量結果及便捷的操作方式，為我國礦山地質數字化測量工作提供了更多的可能性，推動了測繪行業的穩步前進。