無人機在礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感調查中的應用

王昊 楊金中 邵治濤 汪勁 李少陽 劉暢 鄒琴英

摘要：隨著無人機技術的快速發(fā)展與不斷進步，其與衛(wèi)星遙感技術形成互補，在礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感調查中逐漸發(fā)揮重要作用。本文以礦山調查中的實例，探索了無人機與衛(wèi)星遙感數據使用對比效果以及在野外查證中的應用，分析了無人機的技術優(yōu)勢，為今后無人機在礦山遙感調查中的廣范應用奠定基礎。

關鍵詞：無人機;遙感調查;礦產資源開發(fā)環(huán)境

中圖分類號：X87 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.055

Abstract： With the rapid development and continuous improvement of Unmanned Aerial Vehicle （UVA） technology， it complements satellite remote sensing technology and gradually plays an important role in remote sensing survey of mineral resources development environment. Based on the examples in the mine survey， this paper explores the comparison effect between UAV and satellite remote sensing data and its application in field verification. It analyzes the technical advantages of UAV and lays a foundation for the future application of UAV in mine remote sensing survey.

Key words： Unmanned Aerial Vehicle; Remote sensing survey;mineral resources development environment

我國礦產資源豐富，但由于礦山開采方式、開采礦種、技術水平以及地質條件的差異，導致全國在采和廢棄礦山地質環(huán)境復雜。以往礦山地質環(huán)境調查主要依靠調查人員實地踏勘，其耗費時間長、觀察效率低。自1972年第一顆Landsat-1遙感衛(wèi)星發(fā)射至今，遙感衛(wèi)星數量增長至上百顆、分辨率也由早期的78m提升至亞米級，尤其在GF2、GF1、ZY3等國產衛(wèi)星數據的廣泛應用下，依靠衛(wèi)星遙感所具有的調查范圍廣、監(jiān)測時間連續(xù)等技術優(yōu)勢[1]，我國已基本實現礦產資源開發(fā)狀況和礦產資源地質環(huán)境陸域全覆蓋的遙感調查與監(jiān)測[2-3]。近年來，隨著無線電通訊和光學成像技術的不斷進步，無人機與衛(wèi)星遙感技術形成互補，在礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感調查中得到廣泛應用。

1 無人機的發(fā)展與優(yōu)勢

無人機的概念最早于20世紀20年代提出，主要作為軍事訓練中的靶機使用。發(fā)展至今，按用途主要分為軍用和民用兩種，并廣泛應用于軍事偵查、應急救災、遙感測繪、攝影、運輸等多種領域;按結構可分為固定翼、旋翼、傘翼、撲翼以及飛艇等類型[4]。

其技術優(yōu)勢主要包括三個方面：

1.1 影像質量

目前礦山地質環(huán)境遙感調查工作較常用的衛(wèi)星遙感數據包括：

PLB、YG8、CB04、SPOT、Rapideye等5米分辨率數據;

ZY3、GF1、02C、SJ9等2m分辨率數據;

IKONOS 等1m分辨率數據;

GF2、Worldview等亞米分辨率數據。

而根據結構和搭載能力的不同，無人機可配備多種參數的相機，其影像經處理后分辨率能夠保持在0.2～0.5m，分辨率的提高能夠顯著提升圖斑邊界、地物判定等遙感解譯的準確率。

1.2 機動性

無人機體積較小，對起降場地要求低，能夠在礦區(qū)附近實現近距、快速起飛[5]，且由于飛行高度的可控性，與有人機和遙感衛(wèi)星相比，無人機受云層影響相對較小。

1.3 時效性

衛(wèi)星遙感影像形成成果數據前需經過衛(wèi)星與地面站的數據傳輸、圖像預處理、幾何糾正、鑲嵌等復雜的處理過程，進而降低了遙感數據的時效性;無人機數據能夠在飛行過程中同步傳輸，并利用機載GPS記錄對獲取的數據進行無控制點快速糾正，形成能夠滿足信息提取要求的初步成果數據。

基于上述三個方面的優(yōu)勢，無人機技術能夠與衛(wèi)星遙感技術形成互補，并廣泛應用于礦山地質環(huán)境遙感調查。

2 礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感調查中的應用

2.1 重點礦區(qū)補充遙感調查

重點礦區(qū)內礦山開發(fā)密集、礦山地質環(huán)境問題突出，是礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感調查的重點區(qū)域，但受衛(wèi)星重訪周期、天氣等因素影響，衛(wèi)星遙感數據可能存在分辨率低、云霧覆蓋多等問題，從而影響礦山地物的判斷與解譯。

無人機飛行高度較低避免了有云、霧干擾，且影像所反映出的地物紋理與顏色更真實，能夠更清晰的反映出露天采場、選礦場、廢石堆、礦山建筑等礦山典型地物的邊緣及與周圍地物的色彩差異，以及體積相對較小的機械設備、沉淀池、管線和注液井網等設備設施。

2.2 輔助野外查證

我國大部分礦區(qū)位置偏僻、交通狀況欠佳，地質條件復雜，因常年廢棄物堆積和開采造成的地表植被破壞可能導致滑坡、泥石流、崩塌、塌陷等地質災害發(fā)生，除上述惡劣的環(huán)境因素外，部分在采礦山因安全、環(huán)境、用工等多種因素，往往在礦區(qū)周圍設置圍欄等設施阻止外人進入，增加了地質調查人員礦山實地勘察的難度。

以西部地區(qū)某縣為例。2017年實地調查時發(fā)現該縣南部存在多處磚廠，但因各磚廠多有圍墻、鐵絲網等阻隔難以進入，而近年衛(wèi)星遙感影像質量較差，無法準確判別磚廠內是否存在磚瓦用粘土等礦產資源開采行為。

針對上述情況，野外調查人員收集了我國西部地區(qū)無人機禁止飛行區(qū)域資料，確認該地區(qū)不存在禁飛區(qū)和限飛區(qū);基于攜帶方便、操作快捷、噪聲低、鏡頭配置高等因素，選用大疆無人機（御Mavic Air）;結合影像反映的磚廠分布范圍和實地調查情況，以磚廠南側約50m的一處空地為無人機起降點。在2018年9月中旬實地調查工作中，進行了無人機實地查證。本次無人機查證起飛至降落總時長約5min，最遠飛行距離615m，獲取視頻實際時長3分33秒，視頻內容記錄3處磚廠內廠房和戶外人員活動，以及磚廠對附近山體的開采和破壞情況。

3 結論

無人機技術以其在分辨率、機動性和時效性等方面的優(yōu)勢與衛(wèi)星遙感技術形成互補，實現了以衛(wèi)星遙感影像為主體，以無人機影像為局部補充的多層次、立體式礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感調查，其獲取的高清照片和視頻、進行的礦山測量[6]、建立的三維立體模型等資料實現了礦山調查的精細化，豐富了調查成果的表現形式。與此同時，無人機在滿足遙感調查要求的基礎上，推動了礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感調查工作的變革與進步，促進了無人機航攝技術要求與應用規(guī)范制定、技術人員培養(yǎng)、數據快速處理軟件應用、大數據存儲等技術領域的快速發(fā)展。

參考文獻

[1]王昊，李麗，劉雪，李浩.新疆東北地區(qū)礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測成果[J].中國地質調查，2018，5（03）：81-88.

[2]楊金中，荊青青，聶洪峰.全國礦產資源開發(fā)狀況遙感監(jiān)測工作簡析[J].礦產勘查，2016，7（02）：359-363.

[3]楊金中，秦緒文，聶洪峰，王曉紅，張志，楊清華，黃潔，李建存，劉瓊，王海慶，汪勁，周英杰，荊青青，陳微，初禹.全國重點礦區(qū)礦山遙感監(jiān)測綜合研究[J].中國地質調查，2015，2（04）：24-30.

[4]肖海濤，王強，李卓君，陳實.淺談無人飛行器遙感技術的發(fā)展及在各領域的應用[J/OL].內蒙古林業(yè)調查設計，2019（03）：57-59.

[5]楊碩.試論無人機航測在礦山測量中的應用[J].山東工業(yè)技術，2019（15）：73.

[6]祁俊霞.無人機技術在金屬礦山測繪中的應用研究[J].中國錳業(yè)，2018，36（04）：210-212+216.

收稿日期：2019-08-07

基金項目：中國地質調查局地質調查項目“全國礦山環(huán)境恢復治理狀況遙感地質調查與監(jiān)測（編號：202012000000180007）”資助。

作者簡介：王昊（1985-），男，碩士，工程師，研究方向為遙感地質等。