探討礦山地質勘查中無人機航拍測繪技術的應用

[ 作者簡介 ]

陳旭，男，黑龍江雞西人，建材廣州工程勘測院有限公司，本科，研究方向：測繪工程。

[ 摘要 ]

為了能夠有效提升找礦工作的質量，需要做好地質勘查工作。很多地區的地理環境十分復雜，為了能夠更好地促進地質勘查效率的提升，需要利用無人機航拍測繪技術，完成比較復雜的工作任務，這樣能有效提升地質測繪工作的效率。本文首先針對無人機航拍測繪技術進行闡述，然后分析航拍測繪的重點問題和關鍵技術，最后針對無人機航拍測繪技術的應用進行論述，旨在能夠盡可能地完成礦山地質勘查工作，為找礦工作奠定基礎。

[ 關鍵詞 ]

礦山地質勘查；無人機航拍；測繪技術；航線設計

中圖分類號：TD15

文獻標識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.15.062

現階段，無人機已經成為一種先進的航拍工具，通過這樣的形式能夠對比較復雜的地理環境進行拍攝，降低工作壓力。無人機可以在任意地點起落，具有非常高的效率。而且拍攝十分便捷，能夠滿足快速成圖的要求。特別對于礦山找礦工作來說，為了能夠提升工作效率，可以利用此方法進行拍攝工作，促進工作質量的提升。

1 無人機航拍測繪技術概述

無人機航拍技術在日常的很多工作領域中都有非常廣泛的應用，無論在影視劇拍攝還是臨場監控工作中，都需要利用無人機航拍技術。傳統的航拍工作主要是通過固定翼飛機搭載攝影師，在高空中進行拍攝，這樣的拍攝工作不僅需要花費更多的成本，同時也會為攝影工作人員帶來一定的危險。而且可能因為飛行員和攝影師技術的問題而造成拍攝效果不盡人意，這就需要多次重復進行拍攝，會耗費巨大的成本。無人機技術的使用能夠很好地解決這個問題，通過無人機航拍能夠更好地利用地面控制臺來進行監視和遙控，具有非常高的安全性，而且所需要的成本也比較低。利用無人機可以更好地進行攝像頭的搭載工作，利用單反相機、變焦鏡頭、夜視儀等設備來完成拍攝，具有非常高的拍攝精度，能夠滿足多種復雜任務的拍攝要求。還可以利用八軸無人機進行拍攝工作，能夠配合使用高精度拍攝硬件，有效提升拍攝精度。通過網絡能夠實現數據的實時傳輸，從而由地面控制來完成多角度的拍攝工作。在無人機航怕技術的使用中，還需要結合遙感技術，同時配合使用數碼光學設備，這樣也能夠在復雜的電磁環境下開展工作，提升測繪精度。

2 航拍測繪重點問題分析

在日常的航拍測繪工作中，需要進行一定的信息收集和數據的壓縮，利用函數化運算可以更好地進行圖像信息的轉化，并且進行存儲，這樣才能夠實現數字化信息的存儲和利用。工作人員能夠通過數據庫來進行數據信息的存儲和調用，這樣可以提升數據信息的運用效率。通過無人機航拍進行大量圖像數據信息的采集，需要具備一定的圖像上傳技術。利用無人機來進行圖像數據信息的獲取，并且通過數據傳輸來進行數據信息的實時傳播，而且能夠根據不同類型的數據進行存儲，需要具有比較強的通訊能力以保證信號的暢通。此種傳輸模式能夠實時了解無人機航拍工作中的數據，并且進行拍攝調整，進而獲取最佳畫面。通過圖傳工作進行數據流的整理，還需要對視頻文件進行壓縮，并且利用加密技術進行處理，確保數據的安全傳輸。航拍結束后，要在地面接收端進行解碼工作，對數據信息進行還原。為了無人機航拍工作的順利開展，需要確保遠程遙控系統的穩定性。需要利用傳感器、機載計算機以及伺服動作設備等來進行無人機的裝載工作，有效保證無人機設備拍攝的姿態穩定，這樣有助于控制和管理。無人機平臺可以與衛星數據進行連接，為無人機進行導航，可以達到超視線飛行的水平，有助于提升無人機航拍測繪工作的質量。

3 航拍測繪關鍵技術

在航拍技術不斷發展的今天，為了能夠更好地保證地理信息的精確性，那么就需要有效進行關鍵技術的應用。特別是在野外拍攝，很多溝壑出現的陰影會對視覺造成影響，不利于提升航拍的精準性。傳統的鏡頭拍攝無法滿足高精度拍攝的要求，拍攝的圖像資料比較粗放，無法對一些具體的細節內容進行展示。因此，需要進行多視角傾斜航拍。該技術能夠從不同的角度進行拍攝，主要包括1個下視鏡頭和4個傾斜鏡頭的組合，從而能夠通過5視角來進行地面拍攝。除此之外，還需要GPS系統幫助無人機獲得方位數據。在日常的航拍工作中，需要對曝光參數進行設定，使其能夠同時進行1張垂直向下和4張傾斜角度的影像獲取，有效實現多角度的拍攝。但是拍攝工作中還存在著一定的難點，因為飛行方向的原因導致各個點之間距離不同，從而無法保證各個點之間的殘差數據相統一。而且地面具有一定的雜光干擾，遠景的地面采樣間隔要比近景的低，從而導致地面分辨率不一致。在多重地面環境拍攝時，會出現影像重疊的問題，進而造成數據信息的大量冗余，無法確保地面精度。而且隨著航拍角度的變化也會因為太陽光出現反射，造成進入攝像頭中的光強不同，會導致亮度具有一定的偏差，無法保證數據統一。為了能夠解決以上問題，工作人員要提升測量精度，在拍攝目標的外觀、位置和高度等方面進行三維模型的構建，從而彌補缺點，提升工作質量。

4 礦山地質勘查中無人機航拍測繪技術的應用

4.1 項目任務

為了能夠有效進行礦山的開采工作，提升安全生產技術，就需要做好煤礦管理工作。需要利用無人機航拍工作進行地圖繪制，主要是進行比例尺為1∶2 000和1∶5 000的地圖繪制，還需要生產數字正射攝像圖和礦區地形地質圖。那么就應該利用無人機航拍技術來進行相關數據的采集工作，這樣能夠提升測量進度。使用Quick eye II無人機來進行數碼相機的搭載工作，并且進行一定的地面控制點布設，通過空中三角測量技術去進行誤差計算。利用根源對象點位置坐標進行綜合改正值，有效確定方位元素，有效實現高精度標定工作。然后對其結果進行應用，制作大比例尺地形圖。

4.2 航拍系統

為了能夠更好地進行區域測繪工作，需要準備無人機設備，同時需要做好飛行控制系統工作，準備數碼相機，建立地面控制站。除此之外，還需要安裝無線通信裝置，從而實現數據的傳輸，并且利用地面處理設備來進行信息的處理。同時使用無人機搭載CanonEOS5DMark II高分辨率的單反相機進行拍攝，像素為5 616×3 744pixel。還需要在無人機飛行過程中進行快門定點曝光工作的控制，這樣能夠將對焦環固定在遠處，鎖定目標，同時需要進行固定光圈，這樣能夠確保運用相同的物鏡畸變參數，確保拍攝效果。

4.3 航線設計

相關數據研究顯示，需要測量的區域面積為8.91平方千米，主要是處于山間盆地，這樣的地區屬于中低山區。該區域中間高，而東西低，最高點海拔高度為1 185.83米，最低點海拔為900米。該區域的植被覆蓋率比較高，建筑物比較少，東西長度為3 836米，南北長度為2 363米。需要根據相關的地形條件和比例要求去進行航線的設計。此次航線一共有8條，航向重疊度大于65 %，航空高度設定為1 224米，分辨率為0.18米，同時利用GPS系統進行定點曝光，每一條航線需要拍攝15張照片。

4.4 地面控制

在進行地面控制時，需要做好內業布點工作，同時需要外業人員進行一定的野外刺點。在野外控制點的設置需要根據相關拍攝規范來布點。控制點的布設工作需要在航向和旁向3片重疊范圍內實施，一共設置39個平高點，所有的像片控制點都能夠進行公共使用。

4.5 空三測量

在進行空中三角測量工作使用DATMatrix + ATMatrix + PATB來實施，主要是專業作為空中三角測量工作的系統，針對小數碼影響來進行測量工作。可以運用比較少的地面控制點來進行外方位元素和加密點地面坐標的計算，還能夠利用光束法來進行粗差檢測，同時做好平差計算工作。根據平差計算結果分析我們可以知道，此次拍攝工作主要利用普通的數碼相機，以無人機設備為載體在1 124m高的高空進行。通過檢驗校對和空中加密后，能夠讓最后的立體圖像滿足1∶2 000比例尺地形圖的精度控制要求。說明無人機可以實現低空飛行的任務，還能夠得到更高分辨率的影像信息，能夠對小區域進行大比例尺地形圖的繪制工作。不同定向的限差滿足規定要求，因為存在辨認誤差而導致平面精度降低，但是不會有太大的影響。在進行拍攝時，可以提高地面分辨率，同時增加行高，這樣能夠做好小比例尺的地圖測繪工作。

4.6 模型構建

在礦山地質勘查工作中，利用無人機航拍技術能夠進行相應的數據獲取，并且進行三維模型的構建。在建模工作中，通過對不同位置上的點云坐標進行數據應用，能夠提升數據信息的細致性，保證色彩信息連續，對所有的離散點云坐標進行連接，從而形成連續的平面。在面構網形成時，需要形成一個規則的矩形網格，并且根據測繪區域的地質特點進行分析，從而構建不規則的三角網格，圖1是礦山三維數據模型網格結構圖：

圖1中的（a）是一種規則的矩形網格，而（b）是不規則的三角形結構。其中的XoYo表示的是整個模型的起始點，而DY是水平方向坐標軸，DX是垂直方向坐標軸。Xi與Yi指的是橫軸坐標和縱軸坐標，Pij指的是重點點云坐標。礦山地質三維模型能夠利用數字的方式進行空間分布情況的展示，利用遙感資料進行數據的獲取和展示。而第二種被稱為數字高程模型，能夠對整個礦山的起伏情況進行了解，能夠形成柵格數據。第三種模型為正射影響模型，此種模型所具有的礦山信息更為全面，能夠直觀地進行真實信息的展示。因此，需要在具體的礦山測繪工作中，根據不同的目的進行三維模型的選擇。

4.7 航線確定

在三維模型構建結束后，為了能夠使得測繪精度得到進一步的提升，就需要再次進行無人機航拍工作。需要做好航線設計，從而分段完成拍攝作業。那么就需要確保測繪區域與機場相距大于10 km，從而保證飛機的飛行安全。還應該做好無人機起落地的選擇，保證地面平坦。還需要保證拍攝區域沒有遮擋物遮擋視線，提升拍攝效果。在航拍路線的確定工作中，應該對無人機的類型、續航時間以及工作目標等內容進行全面分析。

4.8 信息編錄

在獲取礦山數據之后，需要做好相關信息的有效利用，完成航拍測繪工作后，需要做好輔助勘查信息的編錄工作。應該將三維模型與彩色信息進行耦合匹配，同時需要做好測繪圖像的標記、耦合與提取，這樣才能夠展現出整個礦山地質空間分布的情況。更加需要做好點云數據的掃描工作，通過多空間的多義線的描述工作，能夠對測繪圖像進行直接測量，并且利用等比例放大的方法來獲取實際的參數。還能夠運用測繪圖倆進行位置的標記工作，對三維點云進行耦合工作后，需要做好結構面的識別工作，有效實現輔助勘查信息編錄。從而得到高分辨率的地形圖，可以讓礦山中比較微小的細節都能夠以非常高的清晰度。在編錄時，可以在小結構面上進行參數信息的解釋，并且通過不同顏色的線進行結構面出露跡線的描繪，實現圖像的存儲。

5 結束語

綜上所述，無人機在礦山地質勘查工作中具有非常好的實用性，能夠彌補工作人員不足的問題，還能夠提升拍攝精度，進行相關信息的獲取，更加方便快捷。能夠在大比例尺地圖的繪制中獲得更高的分辨率，為后期的找礦奠定基礎。而且無人機具有比較長的續航時間，能夠滿足長時間的高空飛行和低空拍攝等工作任務，有助于航拍測繪工作的有效開展。

參考文獻

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