現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害中的地位與應(yīng)用

衛(wèi)功明

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局311地質(zhì)隊(duì)，安徽 安慶 246003）

無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)背景下研發(fā)的綜合了數(shù)字處理及信息處理的新技術(shù)，該測(cè)繪技術(shù)受外界干擾小，實(shí)用性更強(qiáng)且測(cè)量效率極高，目前國(guó)內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域均已融入該技術(shù)，該技術(shù)促進(jìn)了測(cè)繪行業(yè)向智能、自動(dòng)的方向迅速發(fā)展，其發(fā)展前景不容小覷。金屬礦山由于地形復(fù)雜、地質(zhì)情況多樣化，無(wú)人機(jī)的測(cè)繪技術(shù)能讓金屬礦山勘測(cè)的工作效率不斷提升。隨著勘查工作不斷深入，面對(duì)金屬礦山上常發(fā)的一些大型地質(zhì)災(zāi)害，就需要更加精確且及時(shí)的勘測(cè)并做好預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的準(zhǔn)備，因此很有必要針對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在金屬礦山的應(yīng)用做深入研究，促進(jìn)我國(guó)地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。

1 現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的相關(guān)概述

1.1 無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)簡(jiǎn)介及其類(lèi)型

現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪的主要特點(diǎn)是雖然對(duì)其運(yùn)行的技術(shù)要求較高，但其成本卻幾乎為行業(yè)最低，和一般遙感技術(shù)相比更能突現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，它不需要真人駕駛且安全系數(shù)很高，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)用電子技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)它的操控，且能輕而易舉地獲取信息。它不易受到時(shí)間和空間的制約，工作人員通過(guò)地面操控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制，無(wú)人機(jī)便會(huì)帶著任務(wù)系統(tǒng)飛行探測(cè)，工作人員可在地面上實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)繪目標(biāo)的多角度觀測(cè)，可以獲取地形地貌、空間環(huán)境、礦山資源等信息，并且它獲取到圖片其分辨率極高，滿足工作人員的測(cè)繪要求。并且對(duì)比一般的遙感測(cè)繪技術(shù)，無(wú)人機(jī)測(cè)繪的傳感器會(huì)更先進(jìn)，這樣就能收集更多先進(jìn)的拍攝資料，能夠?qū)⑿畔⒏忧逦鷾?zhǔn)確地傳達(dá)回地面。無(wú)人機(jī)在測(cè)繪的時(shí)候雖然受干擾很小，不過(guò)由于其機(jī)身重量小，如果遇到大風(fēng)天氣會(huì)導(dǎo)致它飛行不穩(wěn)，因此針對(duì)這方面還需要繼續(xù)進(jìn)行研究[1]。

目前無(wú)人機(jī)的類(lèi)型主要有固定翼無(wú)人機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)兩種，并且這兩種運(yùn)用的頻率也是最高的，前者對(duì)于起降場(chǎng)地有一定要求，需要在廣闊的平地助其起飛，而后者可隨地起飛。細(xì)分下來(lái)還有微型無(wú)人機(jī)、輕型無(wú)人機(jī)；近程無(wú)人機(jī)、超近程無(wú)人機(jī)；普通航攝無(wú)人機(jī)和視頻無(wú)人機(jī)等。

1.2 無(wú)人機(jī)測(cè)繪的優(yōu)勢(shì)

1.2.1 無(wú)人機(jī)的成像機(jī)動(dòng)比較靈活

由于傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星飛行需要根據(jù)設(shè)定的軌道，往返時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾十天，如若遇到需要緊急處理的影像，將需要將衛(wèi)星極度傾斜拍攝，這樣拍攝出來(lái)的影像不清晰，時(shí)效性也差，沒(méi)法滿足工作人員的需要。而一般的航拍遙感雖然往返周期限制小，但起飛前準(zhǔn)備工作繁瑣，不僅需要空域申請(qǐng)，且拍攝周期很長(zhǎng)，如果是小項(xiàng)目的拍攝就會(huì)增加投入成本。而無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)主要是在空中較低的位置飛行，更不需要申請(qǐng)空中領(lǐng)域且隨時(shí)隨地可起飛，這樣就會(huì)為工作人員節(jié)約時(shí)間成本和人力成本，從而更快地獲取影像。

1.2.2 無(wú)人機(jī)測(cè)繪的成像分辨率高

從1999年以來(lái)，遙感衛(wèi)星拍攝的分辨率正逐步提高，目前使用的普通遙感衛(wèi)星地面分辨率最高是0.5m,而更高端一些的航空拍攝稍微比普通遙感衛(wèi)星的分辨率更高一些，但是都沒(méi)有無(wú)人機(jī)測(cè)繪所獲取的影像分辨率高，無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)是利用低空飛行來(lái)自由搭配相機(jī)，這樣拍攝出來(lái)的影像自然比高空飛行的分辨率更高，并且目前通過(guò)無(wú)人機(jī)拍攝的影像分辨率可達(dá)到0.1m，比如圖1就是利用無(wú)人機(jī)拍攝的某金屬礦山的局部影像[2]。

圖1 某金屬礦山無(wú)人機(jī)技術(shù)局部影像圖

1.2.3 無(wú)人機(jī)測(cè)繪產(chǎn)品豐富且成本低

無(wú)人機(jī)目前對(duì)于遙感設(shè)備選擇范圍很廣，不同的搭載任務(wù)選擇也不同，其中高分辨率的紅外線掃描儀、激光掃描儀、磁測(cè)儀、CCD相機(jī)、多光譜成像儀等能夠滿足不同測(cè)繪條件的要求。金屬礦山由于受到地勢(shì)限制，通常拍攝時(shí)需要將局部分次拍攝，常規(guī)航拍成本抬高并且往返以此十分漫長(zhǎng)且不易，而遙感衛(wèi)星又會(huì)消耗大量資金，并且周期也很長(zhǎng)且分辨率不夠，一般的小單位難以承受。所以這時(shí)候通常采用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，通過(guò)搭載不同的遙感設(shè)備，以較低的成本獲取高分辨率的影像資料，滿足金屬礦山的拍攝需求[3]。

1.2.4 無(wú)人機(jī)測(cè)繪時(shí)受云雨干擾小

金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害多的原因就是因?yàn)槌３?huì)有雨雪云層等的密集出現(xiàn)，尤其在國(guó)內(nèi)西南等地區(qū)常出現(xiàn)多云雨天氣，普通遙感設(shè)備一旦遭遇就會(huì)被徹底覆蓋無(wú)法進(jìn)行拍攝甚至?xí)黄冉德洌瑳r且如果遇到一些低空云雨及沙塵暴等，拍攝成本極高且難于拍攝，因此這種影像采集成本極高且容易受到云雨的影響降低圖片的清晰度。而無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在這方面卻極有優(yōu)勢(shì)，它不會(huì)受到飛行高度控制，通過(guò)地面操控可靈活避開(kāi)陰云，遇到突發(fā)情況時(shí)采用車(chē)載無(wú)人測(cè)繪還能輕松降落并且進(jìn)行云下測(cè)繪，飛行中很少有出現(xiàn)顛簸，在云雨天氣下拍攝得到的影像分辨率也是極高的。比如在我國(guó)某次大地震之后，連續(xù)出現(xiàn)陰雨天氣，相關(guān)人員利用無(wú)人機(jī)測(cè)繪只用了不到30分鐘就完成了縣城里近兩千平方米的影像拍攝，這個(gè)效率是一般的遙感設(shè)備無(wú)法達(dá)到的。

2 現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害中的地位

2.1 無(wú)人機(jī)應(yīng)用的迫切性地位

我國(guó)的金屬礦山一般處于崇山峻嶺之中，地勢(shì)極為險(xiǎn)要且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害一旦出現(xiàn)救援比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此對(duì)于金屬礦山而言，最有效的防治就是針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害及時(shí)勘查，基于金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害的嚴(yán)重性及特點(diǎn)，通過(guò)現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的勘測(cè)極為重要，這也是金屬礦山測(cè)量的迫切需要。通過(guò)現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，在金屬礦山中設(shè)置控制點(diǎn)，提前探測(cè)礦山的地質(zhì)地理情況，能夠準(zhǔn)確評(píng)估即將發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，通過(guò)無(wú)人機(jī)拍攝的影像資料為基礎(chǔ)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害采取對(duì)應(yīng)的防治措施，這是當(dāng)前金屬礦山監(jiān)測(cè)中急需解決的工作[4]。

2.2 無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的時(shí)效性地位

現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)針對(duì)金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害具有很強(qiáng)的時(shí)效性，能夠在最短的時(shí)間將災(zāi)害信息傳達(dá)給相關(guān)人員，為救援人員爭(zhēng)取時(shí)間，讓其能夠在最短的時(shí)間營(yíng)救更多的人。因?yàn)榻饘俚V山的地質(zhì)災(zāi)害往往發(fā)生于須臾之間，而災(zāi)害的勘測(cè)和營(yíng)救無(wú)異于和時(shí)間賽跑，測(cè)繪的時(shí)間越短，營(yíng)救的效率就會(huì)越高，因此無(wú)人機(jī)測(cè)繪在礦山勘測(cè)中有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其時(shí)效性幾乎排名第一。并且我國(guó)金屬礦山多分布于山區(qū)，因此僅依靠傳統(tǒng)方式會(huì)浪費(fèi)更多時(shí)間，費(fèi)時(shí)費(fèi)力效率極低。無(wú)人機(jī)測(cè)繪能夠最大限度節(jié)約時(shí)間，在地質(zhì)災(zāi)害中時(shí)效性強(qiáng)。

3 現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

3.1 能夠快速處理礦山地質(zhì)災(zāi)害信息

現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在獲取金屬礦山影像的時(shí)候能夠盡可能地免受外界因素的干擾，減少影響重疊。陰影和粒子等影響清晰度的因素。它能夠運(yùn)用DPGrid快速獲取拍攝信號(hào)并且迅速拼接處理圖片，確保最終得到的圖片能夠用于對(duì)金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害處理、預(yù)測(cè)、繪制等方面。能夠?qū)?fù)雜的信息簡(jiǎn)單化，一般處理通常有以下幾個(gè)步驟：①通過(guò)無(wú)人機(jī)終端設(shè)備新建一個(gè)Context Capture文件，將該文件置于文件夾內(nèi)，然后設(shè)置好影像與信號(hào)路徑；②設(shè)定矯正參數(shù)，將無(wú)人機(jī)獲取的影像植入之前的文件夾，檢查參數(shù)，不對(duì)的參數(shù)需要多次調(diào)整，然后設(shè)置影像采樣率，接下來(lái)將同一類(lèi)影像存放到同樣的文件夾并且檢查圖像，不要出現(xiàn)不完整影像，然后將這些影像設(shè)置一個(gè)參數(shù)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，導(dǎo)入無(wú)人機(jī)拍攝參數(shù)；③設(shè)置這些照片的名稱，命名順序可參照拍攝時(shí)間-地點(diǎn)-內(nèi)容，并且要計(jì)算影像的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算規(guī)則是空間三相角度，最后選擇全部影像并且重新設(shè)定文件夾，在所有數(shù)據(jù)都計(jì)算并整理之后，就可以建設(shè)空間信息了[5]，并且核對(duì)無(wú)人機(jī)的所有攝像點(diǎn)是否對(duì)應(yīng)像控點(diǎn)；④先生成一個(gè)產(chǎn)品類(lèi)型，后構(gòu)建出金屬礦區(qū)三維模型，然后根據(jù)規(guī)定的比例將地質(zhì)災(zāi)害影像導(dǎo)入并根據(jù)比例縮放，這個(gè)時(shí)候要注意其坐標(biāo)軸和平移量，這些步驟完成后，將三維模型發(fā)射到衛(wèi)星就可以了；⑤通過(guò)無(wú)人機(jī)搜素引擎定位任務(wù)傳輸?shù)穆窂剑耙獧z查好路徑是否配對(duì)，然后儲(chǔ)存OSDB數(shù)據(jù)，將這些圖像導(dǎo)入EPS三維軟件中進(jìn)行測(cè)繪，這樣就會(huì)生成一組金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域圖，這樣下來(lái)金屬礦山的地質(zhì)災(zāi)害信息就處理完成了。

3.2 礦山地質(zhì)災(zāi)害影像解譯與分析

影像處理好之后就要對(duì)金屬礦山的相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害影像進(jìn)行分析翻譯工作，這里需要用到一些設(shè)備保護(hù)技術(shù)，而此時(shí)需要通過(guò)指揮端和解譯端建立聯(lián)系，這樣做的目的是希望相關(guān)部門(mén)能第一時(shí)間獲得災(zāi)害信息并指揮現(xiàn)場(chǎng)救援。如果想要災(zāi)害影響更加清晰，從而能夠更好地協(xié)助工作，可將影響進(jìn)行DOM疊加，并且疊加之后要與地質(zhì)圖形匹配，這樣才能更好更快地確定受災(zāi)點(diǎn)，提高救援效率。同時(shí)無(wú)人機(jī)所獲取的影響本身分辨率極高，這時(shí)可根據(jù)工作需要繼續(xù)調(diào)高，并通過(guò)DOM影像獲得災(zāi)害邊界信息，通過(guò)采集數(shù)據(jù)并根據(jù)比例尺計(jì)算出災(zāi)害面積[6]。

與此同時(shí)，利用GIS軟件及super Map工具通過(guò)受災(zāi)邊緣繪制出詳細(xì)的金屬礦山地質(zhì)圖，為后期邊緣數(shù)據(jù)處理提供數(shù)據(jù)支持，之后以5m為一個(gè)間隔，實(shí)施DEM數(shù)據(jù)采集。這些工作完成后，可以水平面為基礎(chǔ)，計(jì)算出災(zāi)害地點(diǎn)高度的垂直和水平距離，計(jì)算出兩者之差，然后這個(gè)坐標(biāo)軸之間形成一個(gè)區(qū)域，將設(shè)這個(gè)區(qū)域的體積設(shè)為V1，然后再次利用DEM數(shù)據(jù)以同樣的方式計(jì)算水平面到邊緣的體積，設(shè)為V2，在通過(guò)V1-V2得到的數(shù)字就是金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害量。另外，通過(guò)現(xiàn)代無(wú)人機(jī)技術(shù)，工作人員可根據(jù)災(zāi)害區(qū)域形狀及范圍等分析出區(qū)域地勢(shì)，計(jì)算受災(zāi)面積等，這樣就完成了無(wú)人機(jī)對(duì)于金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害的分析應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)無(wú)人應(yīng)用研究。比如工作人員通過(guò)此技術(shù)，對(duì)某地金屬礦山受災(zāi)面積進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)1∶1比例來(lái)分析內(nèi)容，并通過(guò)整理圈定內(nèi)容，選擇1、2、3、4點(diǎn)作為像控點(diǎn)，獲取無(wú)人機(jī)在四個(gè)像控點(diǎn)獲取的影像與整理成表格，如表1。

表1 某金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害中無(wú)人機(jī)測(cè)繪實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3 布設(shè)無(wú)人機(jī)在金屬礦區(qū)的低空拍攝像控點(diǎn)

為了能讓無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害方面充分運(yùn)用，需要在礦山區(qū)域提前布控，首先要進(jìn)行高空拍攝方便掌握金屬礦山的地形及地貌，這樣就完成基本資料整理，即：衛(wèi)星圖片、金屬礦山地質(zhì)圖。然后相關(guān)人員根據(jù)這些基本信息，分析災(zāi)害規(guī)模并且進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，校正過(guò)程要根據(jù)礦區(qū)地址信息相符，之后擬定無(wú)人機(jī)測(cè)繪路線，之后調(diào)整分辨率，將無(wú)人機(jī)精度調(diào)到最高。之后選擇礦山區(qū)域內(nèi)的控像點(diǎn)，這里要結(jié)合攝影實(shí)際情況，并且要利于后期的地質(zhì)建模，還有無(wú)人機(jī)拍攝最好結(jié)合礦山地形采用垂直拍攝，最好使用RTK網(wǎng)絡(luò)模式，布設(shè)通信聯(lián)系，測(cè)量中最好反復(fù)測(cè)量并取平均值為最終結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)為金屬礦山的地質(zhì)勘測(cè)帶來(lái)許多積極作用，在技術(shù)層面上它把遙感技術(shù)獲取高分辨率影像的功能發(fā)揮到極致，從成本方面來(lái)看它主要是采用無(wú)人駕駛拍攝技術(shù)，因?yàn)楣?jié)約了很多人力財(cái)力，由于它操作起來(lái)難度系數(shù)小，因此在金屬礦山方面采用它有天然優(yōu)勢(shì)。通過(guò)把無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)融入金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害防治中，能夠最大限度減輕人員和財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)金屬礦山的地質(zhì)環(huán)境做到及時(shí)有效保護(hù)，減少災(zāi)害的發(fā)生。相關(guān)人員應(yīng)深刻意識(shí)到現(xiàn)代無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在金屬礦山的地位和應(yīng)用，為構(gòu)建和諧社會(huì)做貢獻(xiàn)。