無人機技術在地質找礦中的應用研究

韋 莉

（甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050）

遙感技術是地質和找礦重要應用的技術資源之一，已經廣泛應用于地質和找礦工作，并且取得了顯著的成效。通過無人機技術能獲取范圍廣泛、符合研究需要的分辨率、波段、季節的遙感影像數據，這樣可以彌補傳統野外地質找礦得到研究資料不足的情況。這兩種地質找礦方法相比，同一研究區域的遙感地質找礦，更具有優勢，不但耗費的成本少，而且客觀性強，耗時少。

文章以實現研究區某銅礦床及其他礦產資源潛力評價，圈定成礦帶為核心目標，利用低空遙感技術，通過獲取研究區無人機影像資料進行遙感成礦地質信息提取，圈出成礦有利區，為該礦區后續勘查工作提供可用信息并指導找礦路徑。

1 主要技術方法

1.1 技術方法

首先將收集到的衛星遙感影像進行預處理，包括幾何配準和統一參考系，利用光譜異常信息，進行遙感成礦地質信息提取，圈定礦化蝕變異常區和確定地質勘測靶區；接著對收集到的地質巖性數據、物探資料、礦產資料進行處理，包括柵格化配準和統一參考系等，并與無人機獲取的高分辨率遙感影像（0.2 m）進行融合，最后結合實地勘查、成礦理論等多元資料，進行研究區構造、地層解譯，獲得研究區遙感地質地層解譯結果圖，初步圈定出成礦帶，分析成礦有利的因素，并對最終解譯成果進行驗證，為礦區找礦提供資料與技術支撐。技術路線圖如圖1 所示。

圖1 技術路線圖

1.2 數據處理

數據拼接：為了更方便地管理和使用數據，把收集到的數字線劃數據拼接起來。

幾何配準：把從不同單位收集到的不同格式的數據資料進行統一的預處理，即把收集到的柵格數據進行幾何配準，使數據資料格式統一、空間分辨率保持一致，以便后期研究需要時更好地與遙感數據融合。

統一參考系：我國1 ∶5 萬比例尺成圖采用高斯-克呂格投影，地理坐標是2 000 國家大地坐標系，為了使投影后長度變形盡可能的小，按6°經差將我國區域自西向東劃分為若干個投影帶。不同來源的數據參考坐標不一樣，所以通過投影變換使所有數據的參考系統一，以便后期更好的使用數據。

1.3 遙感綜合研究

遙感信息技術具有多種地物信息相互影響的綜合性特征，一方面要充分考慮各種復雜的地質特征的多樣性；同時要詳細分析和識別各種地物的物理特性。基于遙感信息技術的以上特征，可以在找礦工程中充分體現該技術的地物信息綜合性、多波段、多維立體性和定位特點，是目前地質工程找礦中常用的重要技術手段。

近年來，學者應用遙感地質理論進行金屬礦產勘查預測，并深入研究遙感地質解譯方法，基于遙感信息優勢之一宏觀性獲得礦區的地質構造和巖性信息；基于遙感信息的精確性與微觀性，能夠直接提取礦化蝕變遙感異常信息，將這些信息與收集到的多元信息，如地質、構造、化探、物探等信息進行綜合分析，可以較準確地圈定成礦遠景預測區，甚至勘探靶區。

首先利用獲取的衛星遙感影像提取與成礦控礦有關的各種地質信息，從而找出地質勘探靶區；再利用低空遙感技術對靶區進行無人機航飛，采集分辨率高的航空遙感影像圖，參考地質勘探人員實地勘探工作和成礦理論，從而判斷出成礦帶。

1.4 無人機航空地球物理找礦在我國的發展

現有航空地球物理找礦系統，都采用飛速快的裝有高精度磁測傳感器與多道伽瑪能譜晶體的大飛機進行普通找礦，應用到的原理是尋找與磁性相關的鐵、銅等金屬礦床與放射性礦床，生成的都是中、小比例尺成礦圖。這種找礦系統的優點是找礦效率高，易于發現一些大型礦床；缺點是找礦時容易漏掉大部分中心型礦床，大飛機的飛行成本很高，需要專門機場、跑道與維護檢修，并且需要找礦部門與民航協商與協作，另外礦產資源都在山區，地形條件復雜、氣候惡劣，容易發生安全事故。

近年來，我國的低空遙感技術得到了快速發展。學者采用有效載荷15～20 kg 的無人機，在河北灤縣、山東蓬萊進行航測找礦，生成低空大比例航磁找礦圖，找礦效果評價良好。這種找礦技術優點明顯，無需跑道，適應山區各種復雜的氣候地質條件，并且成本相對低，取得了不錯的找礦業績。

專家在中國地質調查局的某次遙感地質找礦會議上表示，充分結合遙感技術、傳統地質學信息和現代信息技術，發揮低空遙感技術在地質找礦領域的優勢引領作用，在基礎地質、土地調查、環境災害和礦產調查等方面開展扎實有效的調查研究，在遙感地質找礦領域取得新的突破。

1.5 利用無人機獲取高分辨率影像原理

1.5.1 無人機獲取高分辨率影像

文章采用搭載高分辨率數碼相機或高光譜傳感器的無人機對靶區進行低空拍攝，獲取航測精度為0.2 m 分辨率的大比例尺航空遙感影像圖，得到研究需要的大比例尺地理信息數據，這種技術方法的優勢是精度高、獲取速度快又便捷。

通過地面控制系統對無人機進行一系列設計，包括航線設計、拍攝間距設計以及拍攝相片的重疊度設計，無人機升空后，操作人員遠程遙控無人機進行低空數據的采集，主要是通過地面控制系統發送“開始/終止拍攝”指令，指令通過雙向通訊電臺傳至無人機飛控系統核心——自動駕駛儀內，自動駕駛儀發送相應的開關脈沖信號給相機開關部件，從而獲取高分辨率低空遙感數據。

1.5.2 無人機數據處理

（1）將利用低空遙感技術獲取的高分辨率無人機遙感數據，導入到專業的數字攝影測量系統中，利用前期生產的空三加密成果數據，得到立體像對，設置對應的參數，生成單個表面模型DSM。無人機影像數據制作流程圖詳見圖2。

圖2 無人機影像數據制作流程圖

（2）高質量的數字表面模型即DSM 的獲取：首先設置不同的參數，得到了不同的DSM 即數字表面模型，這些模型中，有些保留了山體、有些剔除了房屋、有些提取了水系，然后在綜合考慮各個不同特征數字表面模型的優點的基礎上，融合所有的DSM，得到測區精度較高的數字表面模型DSM。

（3）利用軟件自動剔除數字表面模型上的人工建筑物、林地等的高程信息，使數據之嚴格切準地表面，生成滿足精度要求的高質量的單個數字高程模型DEM，最后由軟件自動拼接所有的單個DEM 數據，得到測區高質量的數字高程模型數據。

（4）兩數字高程模型（DEM）接邊沒有出現縫隙情況，兩數字高程模型間相鄰行（列）格網點平面坐標連續且符合格網間距要求，同時高程地形圖連續且滿足地形平滑連接的總體要求，即使地形出現跳變，也和測區地貌特征一致。采用數字高程模型對原始影像進行正射校正處理，應用雙線性內插或三次卷積內插法進行像元重采樣，像元大小設置為0.2 m。

（5）首先使用工具OrthoMosai 反復修改原始影像色彩直到效果滿意，接著把調整后的參考影像再次導入到影像處理系統中，對正射影像即DOM 進行全自動處理，使DOM 的色彩均勻，處理后的數字正射影像清晰，色彩及色調均勻，沒有出現漏洞、花紋等現象。

（6）遙感專業軟件利用數字表面模型DSM 和數字高程模型DEM 自動判斷地物優化生成鑲嵌線，同時圖幅與圖幅之間自然鑲嵌，無縫拼接，使所有地物要素都清晰可見。

（7）按照項目研究要求對生成的數字正射影像DOM 進行分幅裁切，DOM 成果數據邊緣處地物清晰可見，且鑲嵌處的地物也沒有出現扭曲和模糊的現象。

1.6 無人機獲取數據的技術特點

1.6.1 機動便捷的操作能力

在無人機技術發展迅速的今天，在各種場景使用中其機動便捷的特點尤為突出，能夠滿足低空飛行和各種復雜氣象條件下的數據采集，操作方便、運輸便利、反應迅速，也可使用車載系統至數據監測區附件設立數據采集站，可進行云下飛行。

1.6.2 高分辨率圖像和高精度定位數據獲取能力

由于無人機的機動和便捷，在結合數據采集設備的高分辨率和較高精度的定位功能，使得其在數據采集過程中更加具有優勢，皆可選擇搭載不同波段的傳感器例如全色波段、單波段、多波段等進行多角度的影像數據采集。傳感器系統本身也可將采集到的數據進行快速處理，以便應用分析和與其他數據源的快速融合處理。

1.6.3 搭載多設備的應用拓展能力

由于搭載設備的多樣性和機動靈活性，使得無人機具備更多的應用拓展能力。根據不同傳感設備的特性將其應用于不同的生產用途，滿足不同用途遙感影像數據的采集。例如多光譜成像儀、熱成像儀和高光譜成像儀的使用用途截然不同。

1.6.4 設備較低的運營成本，便利的系統維護

無人機和其系統設備的構建費用比較低，在各項工程使用中可以節約成本，降低工程造價。其維護費用、運營成本、和操作成本遠遠低于載人機系統。

2 地質勘探靶區確定及影像數據地質解譯和礦化帶圈定

2.1 勘探預測區確定

文章通過遙感進行地質解譯，首先利用衛星影像圖從宏觀上進行各類與成礦控礦有關構造的解譯。礦化蝕變巖石的光譜波段與其周圍的別的巖石不一樣，形成了異常光譜。可以根據這些異常光譜，圈定礦化蝕變異常區和確定地質勘探靶區；在對重點區域采用低空遙感技術獲取的高分辨率遙感影像，以進行細部研究，從而找出勘探預測區。

2.2 遙感圖像解譯及礦化帶圈定

采用低空遙感技術對靶區進行無人機航飛，通過一系列的內業處理，得到分辨率為0.2 m 的正射遙感影像DOM，并對其進行遙感地質解譯，結合礦區的實地勘查及區域物探異常等資料的綜合處理與分析，獲得研究區遙感地質地層解譯結果圖，初步圈定出成礦帶，為礦區找礦提供資料與技術支撐。

3 結論

遙感技術由于其技術優勢綜合、經濟、高效等被地質工作者廣泛應用，成為一種新的找礦實踐手段。文章通過對低空遙感技術獲取的高分辨率影像進行地質解譯，再結合區域物探異常資料進行成礦帶的圈定，這種技術方法可以從宏觀上解析控礦條件，并以點帶面的進行地質填圖工作，可以大大提高工作效率，減少外業工作量。并為研究礦區下一步找礦工作提供資料和信息技術支撐。