基于無人機(jī)的礦山地質(zhì)測(cè)繪影像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄒冠華

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006）

目前礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用在為人類社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展帶來福利的同時(shí)，也導(dǎo)致了一系列現(xiàn)實(shí)問題。初期引發(fā)的是一些區(qū)域礦產(chǎn)資源不合理開采導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)難，同時(shí)也嚴(yán)重破壞了礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)存環(huán)境，不僅嚴(yán)重威脅到當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，還嚴(yán)重阻礙礦產(chǎn)資源的可持續(xù)性開發(fā)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。因此，及早發(fā)現(xiàn)礦山環(huán)境周圍潛在的不安全問題并及時(shí)進(jìn)行高效合理的監(jiān)管，有利于礦產(chǎn)資源的科學(xué)開采以及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展。在礦山地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理、土石方量計(jì)算、工程量規(guī)劃方面，都需要用到大比例尺礦區(qū)地質(zhì)測(cè)繪圖。

無人機(jī)低空數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量具備高機(jī)動(dòng)性、高分辨率、高度集成性以及低成本的一系列特征，可以有效獲取礦區(qū)DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)。然而現(xiàn)實(shí)情況是由于影像傳輸數(shù)據(jù)量比較大、項(xiàng)目繁多以及影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)速度較慢等因素為影像數(shù)據(jù)的管理和儲(chǔ)存帶來了一系列困難。以往傳統(tǒng)通過文件手段儲(chǔ)存、管理海量數(shù)據(jù)生成礦山地質(zhì)測(cè)繪影像時(shí)，當(dāng)影像數(shù)據(jù)量達(dá)到一定程度，會(huì)嚴(yán)重影響礦山地質(zhì)測(cè)繪影像數(shù)據(jù)的檢索速度，并導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)出現(xiàn)假性遺失等各種問題，最終影響到數(shù)據(jù)的傳輸效率。

1 基于無人機(jī)的礦山地質(zhì)測(cè)繪影像傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1 像控點(diǎn)布設(shè)

無人機(jī)作為一種以無線電遙控或自身程序控制的不載人飛機(jī)，其搭載高分辨率的CCD數(shù)碼攝像機(jī)為應(yīng)用平臺(tái)，構(gòu)成無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)。無人機(jī)能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得高分辨率的影像數(shù)據(jù)，并利用攝影測(cè)量工作站對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，借助于無人機(jī)低空航拍測(cè)量技術(shù)進(jìn)行1:1000的礦山地質(zhì)地形圖的測(cè)繪，通過技術(shù)設(shè)計(jì)、影像獲取、外業(yè)控制測(cè)量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸處理等一系列的工作，得到全面、符合精度要求的DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)。整個(gè)礦產(chǎn)資源分布區(qū)內(nèi)像控點(diǎn)的布設(shè)原則為：邊緣較為密集，測(cè)區(qū)內(nèi)部布點(diǎn)均勻，從而確保整個(gè)礦產(chǎn)區(qū)域的平差和成圖精度，而布設(shè)部分像控點(diǎn)用于成圖的精度檢驗(yàn)。在求得轉(zhuǎn)換參數(shù)經(jīng)精度檢核無誤后，進(jìn)行像控點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量工作，每一個(gè)像控點(diǎn)均采用JXCORS網(wǎng)絡(luò)RTK獨(dú)立觀測(cè)量?jī)纱危@得固定解后方可進(jìn)行下一步測(cè)量工作，平面位置較差小于3cm，高程較差小于5cm時(shí)，取平均值作為最終成果，精度不能滿足該要求時(shí)，需進(jìn)行重測(cè)。

1.2 影像采集設(shè)備

Avermedia高清視頻采集卡兩張，PCIE采集卡，CCD攝像頭兩個(gè)，Osmo Action攝像機(jī)三臺(tái)，GoPro Hero 7Black 攝像機(jī)一臺(tái)，CCD相機(jī)三臺(tái)，Panosonic高速掃描儀四臺(tái)，以上設(shè)備必須具備DICOM 5.0 插口，需要注意的是以上設(shè)備都屬于視頻影像輸出設(shè)備。

2 基于無人機(jī)的礦山地質(zhì)測(cè)繪影像傳輸系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比較，無人機(jī)起飛降落靈活，響應(yīng)能力快速機(jī)動(dòng)，飛行導(dǎo)航控制系統(tǒng)保證無人機(jī)按規(guī)定航線飛行，可進(jìn)入大面積復(fù)雜區(qū)域、放射性災(zāi)害等困難地區(qū)進(jìn)行航拍作業(yè)，大大提高了制作數(shù)字化地形圖（Digital Line Graphic，DLG）、數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、數(shù)字正射影像（Digital Ortho Map，DOM）的工作效率，已成為當(dāng)今礦山地質(zhì)測(cè)繪信息獲取的重要手段。

2.1 數(shù)據(jù)影像發(fā)送與接收電路設(shè)計(jì)

從影像的礦區(qū)地質(zhì)測(cè)繪影像應(yīng)用的立場(chǎng)出發(fā)，充分利用影像數(shù)據(jù)即元數(shù)據(jù)，完成礦區(qū)內(nèi)開采數(shù)據(jù)影像的快速查詢以及精準(zhǔn)定位。本文設(shè)計(jì)的影像綜合數(shù)據(jù)庫主要包括三大部分，即FTT遠(yuǎn)程文件數(shù)據(jù)庫，Arcs DP快視圖數(shù)據(jù)庫，元數(shù)據(jù)組件庫以及綜合數(shù)據(jù)庫。

2.2 影像管理綜合數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

影像數(shù)據(jù)發(fā)送電路主要以單片機(jī)作為中心，接口電路輸進(jìn)和顯示數(shù)字化信息，儲(chǔ)存器儲(chǔ)存站號(hào)并保留與其有關(guān)的基本信息，F(xiàn)SK信號(hào)輸入電路進(jìn)行信號(hào)上傳。

對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)而言，還需測(cè)試硬件設(shè)備。硬件系統(tǒng)主要包括機(jī)上發(fā)射部分（電池組、無線圖傳發(fā)射器、天線及天線連接線）和地面接收與顯示部（圖像接收機(jī)），在靜態(tài)環(huán)境下測(cè)試攝像機(jī)，天線、電源系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)等工作是否正常，驗(yàn)證系統(tǒng)電磁兼容性、數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)機(jī)數(shù)據(jù)傳輸功能等。

3 實(shí)驗(yàn)與效果分析

為了更加清楚、具體的看出此系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，特與傳統(tǒng)礦山地質(zhì)測(cè)繪影像傳輸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)其傳輸速度進(jìn)行比較。

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將兩種傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)置于相同的試驗(yàn)環(huán)境之中，進(jìn)行傳輸速度對(duì)比試驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)過程中，通過兩種不同的傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)同時(shí)在相同環(huán)境中進(jìn)行工作，分析其傳輸速度的變化。

圖1 實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，可以看出本文設(shè)計(jì)的基于無人機(jī)的礦山地質(zhì)測(cè)繪影像傳輸系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，在傳輸速度上有著明顯優(yōu)勢(shì)，具有較高的時(shí)效性。

4 結(jié)語

本文對(duì)基于無人機(jī)的礦山地質(zhì)測(cè)繪影像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，依托無人機(jī)低空數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量具有高機(jī)動(dòng)性、高分辨率、高度集成性以及低成本的工作特征，通過與傳統(tǒng)影像傳輸系統(tǒng)比較分析，認(rèn)為該方法在傳輸速度上有著明顯優(yōu)勢(shì)，具有較高的時(shí)效性，極大的方便了礦山地質(zhì)測(cè)繪圖的生成，能夠更好的為礦山地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理、土石方量計(jì)算、工程量規(guī)劃服務(wù)，應(yīng)用廣泛。