無人機低空遙感在礦山測量中的應用

李 潔，侯威震

（河南測繪職業學院 遙感工程系，河南 鄭州 450000）

隨著現代信息化智能技術的創新發展，無人機因機體小、使用靈活以及具有航拍、通信、監測等高科技功能，被廣泛應用于農業、工業、氣象、軍事、影視等行業，而無人駕駛飛行技術、遙控程控技術、遙感傳感技術、通信技術、GDP差分定位技術等先進遙感技術是當前無人機低空遙感的核心技術組成[1]，能夠快速有效地獲取土地、空間環境及其他資源的遙感信息，在礦山測量方面有其他技術不可媲美的優勢，能有效提高測量工作效率，獲得了廣闊的應用前景。

1 無人機低空遙感工作原理

無人機低空遙感是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱不載人飛機，裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設備，在地面、艦艇上或母機遙控站的人員利用雷達等設備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數字傳輸[2]。無人機低空遙感在執行礦山測量任務時，地面遙控站人員通過接收由無人機數據鏈系統處理的無人機拍攝畫面以及其他數據信息，通過配套的實時差分定位（RTK）設備和系統為礦山測量提供參考依據。

2 無人機低空遙感在礦山測量中的功能優勢分析

2.1 技術成本低、操作靈活、安全系數高

傳統礦山測量投入的人力和物力成本巨大，但無人機低空遙感在工作時安裝的攝影器材、控制設備及驅動能源等成本較低，且很少受外界因素影響，產生的損耗或者破壞相對較小，因此成本也得以降低[3]。

由于有些礦區環境非常惡劣、危險重重，通過傳統人力進行勘測具有巨大的生命危險，加上礦區測量范圍小，效率比較低，而采用無人機低空遙感技術進行全面調查監測，在有效避開陰雨或霧霾等氣象因素干擾的情況下，可以達到其他設備不能達到的效果，投入成本顯著降低，工作效果明顯提升[4]。

2.2 監測精準度高，數據獲取周期短

無人機屬于低空飛行器，執行任務時一般可以在1 000 m內對地形進行近景測量，甚至可以將測量數據精確到厘米[5]。在礦區勘探現場，一些特定目標，如尾礦庫、高山密林、地質災害等重要位置，可以通過高分辨率數碼相機及相關設備獲取厘米級別的高分辨率影像數據，為多種比例礦區地形測繪方案的制定提供了可靠的參考依據，提高了相關工作的質量和效果。

2.3 機動靈活性較強

當前，大部分無人機遙感系統體積不大，且所需攜帶的設備較輕，所以能夠靈活移動，即使遇到霧霾、陰雨等天氣，也不會受到較大影響，可以在短時間內得到礦山特定部位的數據，例如在監測尾礦庫的過程中調查此區域的地質災害，可以更好地凸顯無人機遙感系統的優勢。

2.4 自動化飛行控制

現階段，無人機中使用的飛行控制系統可以讓無人機根據瀏覽圖像中事先確定的點位飛行，其飛行能夠實現自動化控制，無需安排專門的工作人員時刻監測其飛行狀態。就算電量不足也會事先自動返航，避免產生不及時傳輸或本體丟失等問題，所以外界因素不會對其產生過大干擾。當前，大部分礦山區域地形較為復雜，在高山密林中使用無人機可以更好地發揮其獲取數據的優勢，確保其采集到精準數據或分辨率較高的圖像后順利返航。

3 無人機低空遙感數據處理關鍵技術分析

3.1 影像畸變校正

無人機搭載的相機組合低空遙感系統，利用校正軟件，在圖像輸入上結合相機的焦距、光學畸變參數及主點坐標等數據模型進行定向修改，如若出現失真的情況，則需要開展二次糾正工作，同時將控制點坐標和高程數據自動提取出來。校正完畢后，模型的數據不但比較完整，而且能夠保障主點偏移量一直處于特定數值，讓后期數據處置工作更真實可靠。

3.2 快速正射糾正

無人機低空遙感在圖形處理上一改傳統圖形處理速度慢、精度低的困局，其高寬帶數據傳輸和中央處理器（Central Processing Unit，CPU）的強大優勢可以快速糾正無人機在飛行過程中所拍攝的一切影像，提高圖形精度。通過合理使用圖形處理器，可以讓無人機并行處理能力大幅提升，加之其具備高帶寬的數據傳輸優點，讓后續數據的獲取更加便捷。可以使用處理器將無人機飛行環節拍攝到的全部影像進行正射糾正，和以往的CPU處理器相比，處理效率顯著提高。

3.3 幾何糾正

在制作完數字正射影像圖以后，還需要用控制點對影像進行幾何糾正，直到其擬合進度與0.3 mm以下的繪圖要求相符。采用礦區控制點的精度又關系到幾何糾正的質量，而低空遙感技術的幾何糾正精確度很高，能夠滿足礦區各種比例尺影像圖的要求，其質量與高程平面控制點的合適度有關。運用幾何糾正可以獲得與高程數據需求相符的平面控制點，達到繪制礦區中比例尺影像圖的要求，為后期開采礦產資源提供可靠的數據支撐。

3.4 正射影像拼接自動化

為了確保測區數據的完整性，在正射影像糾正后還需要進行測繪區域范圍內的正射影像拼接工作。目前，無人機低空遙感的拍攝設備可以對測區的正射影像進行自動拼接，對大范圍礦區和地質災害隱患高風險區域可以進行全區域的監測和記錄，保證區域范圍影像數據的完整性。值得注意的是，在觀測與檢查正射影像的過程中，需要盡可能確保點位精準、色調協調，同時需要將其和規定的平面圖質量要求進行比較，確認其與繪圖要求一致后，方可運用相應數據。

4 無人機低空遙感技術在礦山測量中的應用

4.1 在數字礦山建設中的應用

通過利用計算機3D建模系統對遙感影像、控制點數據、各礦山圖件及數字高程模型等數據建立數字礦山管理軟件系統、相關數據分析處理系統等，可實現礦山的數字化和智能化管理，特別是對礦山環境監測、礦山動態資源監測、尾礦庫安全監測等。傳統測量技術獲取基礎信息周期長、技術投入成本高，陳舊的坐標和系統影響了測量精確度，而無人機低空遙感測繪技術操作靈活方便，可以有效、快速獲取建設數字礦山所需的各種電子數據。

4.2 礦山環境的治理監察

礦山開發會造成不同程度的環境破壞和污染，對老舊礦山進行恢復建設和環境治理是礦山管理的重要內容，但舊礦區山體滑坡等地質災害隱患大、地勢環境惡劣等嚴重制約了礦山管理工作的開展。無人機低空遙感技術通過低空傳感設備和技術快速獲取礦山中的激光點云數據、雷達數據、真彩色數據、多光譜數據等遙感數據信息，通過傳感設備回收后，經計算機相關軟件處理可以得出礦山全面真實的動態圖像數據，提高礦山管理工作的有效真實參考率。

4.3 礦區地質災害的預警

礦區由于開采的破壞容易發生山體滑坡、礦井塌陷等地質災害，利用無人機遙感影像可以實時動態監控礦區的地形地貌變化情況，并通過影像繪制精準的地形圖，為礦區安全管理部門及時提供地形圖像和相關變化數據。通過無人機低空遙感技術，礦區中的采空區、易塌陷區、礦柱等容易發生地質災害的區域可以得到實時監控，及時為生產部門提供有效預警信息，確保礦山測量和開采的安全。使用無人機遙感影像飛行或影像圖，通過合理規劃與設計，不僅可以采集到此礦區的實際影像，獲得準確的地形圖，還可以對特殊地區地形變化進行監控，運用計算機模擬系統對礦區開采的發展動態實施預測。

4.4 礦產資源保護與監測

“十八大”以來，生態環境保護已成為國家重要工作內容，國家大力打擊對礦山資源的私采、盜采、過度開發等違法行為，無人機低空遙感技術在礦產資源保護和監測中發揮了作用。因為大部分礦區都處于山地中，無人機能夠根據事先制定的線路飛行，保證飛行質量，進而將礦產的探測工作落實到位，若出現違法開采、破壞生態環境等行為，就能馬上采取措施。利用無人機音頻系統、攝像功能，在執法人員無法深入現場對礦區進行執法勘查時，讓執法人員查看指定點的實時視頻，并通過衛星接收傳播系統將現場圖像直接傳輸到總部和防指揮中心，讓執法人員全面了解礦區破壞情況，最大限度地保證礦區保護的準確、及時、科學。

5 應用無人機低空遙感注意事項

（1）在應用無人機低空遙感的過程中，操作技術人員必須熟練掌握無人機的操作流程，對無人機續航、攝像遇到的突發狀況等進行全面分析，確保無人機能被科學地操控，在有限的運行時間內發揮最大的作用，保證其盡可能在現場使用完畢后安全返回，減少無人機因故障問題折損的現象。（2）操作人員遠程操控無人機工作，應通過無人機傳輸的信息制定最優礦山測量方案，提高測量工作效率，降低無人機續航消耗。（3）及時設定信號接收裝置，將無人機空中攝錄時因受一定范圍限制而影響遠端傳輸的不良影響降至最低，確保終端能夠準確接收信息，為總指揮臺設備開展圖像測繪、云射等工作提供可靠的參考依據。（4）做好無人機低空遙感應用工作總結，對無人機低空遙感應用技術繼續深入研究。操作人員應根據無人機低空遙感返回的信息并結合相關工作實踐進行總結，提升技術應用的科學合理性，為后續提高精準性和創新工作提供參考，保障無人機低空遙感技術的先進性。

6 結語

作為高科技產物，無人機低空遙感技術在4D產品生產、小范圍測區基礎數據快速獲取、大批量圖像連接方面有其他技術不可比擬的功能優勢，其機體小巧、操作簡單和成本較低，通過操作人員的科學規范操作使用，無人機搭載不同種類的傳感器對礦山資源進行高精度的測量和監管，為相關礦產企業或國家部門提供動態實時精準數據信息，有效提高了礦山測量和監管的工作效率。