無(wú)人機(jī)低空遙感在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

（中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 滿洲里 021400）

科技的發(fā)展與進(jìn)步使得當(dāng)前的無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)逐漸趨于完善，無(wú)論是民用還是軍用都表現(xiàn)出了極大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其適用范圍也在不斷擴(kuò)大，近些年更是在各個(gè)行業(yè)獲得了極佳的應(yīng)用機(jī)遇。無(wú)人機(jī)低空遙感是遙感技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中有著多樣化的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，例如數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)及時(shí)、使用靈活以及處理快速等，其已經(jīng)逐漸成為了各行各業(yè)數(shù)據(jù)獲取的主要方式[1]。雖然無(wú)人機(jī)低空遙感相較于飛機(jī)、衛(wèi)星等數(shù)據(jù)測(cè)量方式出現(xiàn)要晚的多，但該技術(shù)在應(yīng)用時(shí)不受天氣等外在不良因素影響，例如大霧、多云等。而衛(wèi)星等方式在測(cè)量某區(qū)域時(shí)，天氣對(duì)其數(shù)據(jù)采集過(guò)程的影響極大，獲取到的數(shù)據(jù)不僅不精準(zhǔn)，影像分辨率也難以達(dá)到應(yīng)用要求。無(wú)人機(jī)低空遙感平臺(tái)在這種環(huán)境下卻能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，在避免多種不利因素的前提下，針對(duì)具有多種復(fù)雜地質(zhì)情況的礦山區(qū)域仍能保持獲取數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，極大的提升了其在礦山測(cè)量環(huán)節(jié)中的應(yīng)用價(jià)值。

1 無(wú)人機(jī)低空遙感測(cè)繪關(guān)鍵技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)獲取特點(diǎn)

第一是數(shù)據(jù)獲取耗費(fèi)時(shí)間短。相較于衛(wèi)星與飛機(jī)等航天航空遙感，該種技術(shù)不受天氣等因素限制，因而能夠保證信息獲取的及時(shí)性與礦場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性，更方便根據(jù)其測(cè)量結(jié)果繪制地形圖或是某處區(qū)域高分辨率圖像分析。第二是數(shù)據(jù)分辨率較高。無(wú)人機(jī)飛行高度較低，在距離地面100m至200m左右的高度飛行較為常見(jiàn)[2]。而無(wú)人機(jī)本身配備了用以獲取厘米級(jí)圖像的高分辨率相機(jī)，能夠隨時(shí)獲取較高精度的圖像數(shù)據(jù)，方便滿足測(cè)繪人員的多種需求，例如需要繪制高精度的比例尺地圖或是要求較高數(shù)據(jù)精度的地形處理等。其在礦山測(cè)量中能夠更為方便的獲取需要的數(shù)據(jù)，例如礦區(qū)建設(shè)、資源實(shí)時(shí)檢查以及某一區(qū)域的礦體資源監(jiān)測(cè)等，發(fā)揮其數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的獲取優(yōu)勢(shì)以獲得高精度的礦體資源分布數(shù)據(jù)，包括資源的區(qū)域開采程度。圖1為高分辨率的無(wú)人機(jī)影像細(xì)節(jié)。第三是降低數(shù)據(jù)測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)。相較于人工測(cè)量方式，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)僅僅需要人員遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)即可完成數(shù)據(jù)獲取操作。由于礦區(qū)地形復(fù)雜，在對(duì)其進(jìn)行測(cè)量時(shí)有極大的危險(xiǎn)性，尤其是在由于過(guò)度開采導(dǎo)致大量空洞的地形進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。而應(yīng)用無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)由于無(wú)需進(jìn)入到現(xiàn)場(chǎng)，因此大大降低了測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)論是對(duì)這一類型的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)還是情況調(diào)查都能充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值，具有極高的現(xiàn)實(shí)意義。第四是具有較高的機(jī)動(dòng)靈活性。大多數(shù)無(wú)人機(jī)的遙感系統(tǒng)體積較小，攜帶的多數(shù)設(shè)備重量較輕，因此移動(dòng)靈活性較高，這使得其在面對(duì)惡劣天氣（陰雨天或是霧霾等）時(shí)受到的影響極小[3]。在對(duì)礦區(qū)某區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取時(shí)，能夠快速獲取到指定位置的數(shù)據(jù)，以尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)為例，對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查更能凸顯出該技術(shù)的應(yīng)用意義。第五是飛行控制自動(dòng)化。當(dāng)前無(wú)人機(jī)中采用的飛控系統(tǒng)使得無(wú)人機(jī)能夠按照瀏覽圖像中預(yù)定的點(diǎn)位飛行，自動(dòng)化的飛行機(jī)制使得其并不需要由專人在其身邊對(duì)其飛行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。即使出現(xiàn)電量較低的情況，也會(huì)提前自動(dòng)返航，以防止本體丟失或信號(hào)傳輸不及時(shí)等不良現(xiàn)象出現(xiàn)，也正是由于這一優(yōu)勢(shì)使得其受到外界因素的干擾較小。多數(shù)礦山區(qū)域的地形條件較為復(fù)雜，高山密林的情況下更能充分發(fā)揮出無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)獲取優(yōu)勢(shì)，保證其能夠在獲取到數(shù)據(jù)或是高分辨率圖像后順利返航。

1.2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

（1）影像畸變校正。無(wú)人機(jī)所搭載的相機(jī)等設(shè)備配合低空無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)能夠在結(jié)合相機(jī)的焦距、光學(xué)畸變參數(shù)以及主點(diǎn)坐標(biāo)等，對(duì)所獲取到的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行定向修改，快速修復(fù)其中所存在的畸變問(wèn)題。利用校正軟件，在圖像輸入其中后能夠?qū)τ跋襁M(jìn)行重新采樣，對(duì)失真部分進(jìn)行二次糾正，并自動(dòng)提取控制點(diǎn)坐標(biāo)與高程數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)所獲取到的數(shù)據(jù)模型在經(jīng)過(guò)校正后，保證數(shù)據(jù)完善性的同時(shí)確保了主點(diǎn)的偏移量始終處于規(guī)定范圍內(nèi)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理做好了鋪墊。

圖1 高分辨率的無(wú)人機(jī)影像細(xì)節(jié)

（2）快速正射糾正。傳統(tǒng)的測(cè)量環(huán)節(jié)中，影像獲取受技術(shù)條件所限制，不僅速度較慢，所獲得的影像精度也不高。而在現(xiàn)代化處理器的幫助下，不僅能夠快速糾正圖形，獲得的圖像精度也能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。強(qiáng)大的圖形處理器地輔助應(yīng)用，使得無(wú)人機(jī)的并行處理能力得到了大大增強(qiáng)，再加上其高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢(shì)更為后期獲取數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中所拍攝到的一切影像，都能夠在強(qiáng)大處理器的協(xié)助下實(shí)現(xiàn)正射糾正，處理速度相較于傳統(tǒng)的CPU處理器大大提升。無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理與糾正的速度得到了增強(qiáng)使得其數(shù)據(jù)處理效率也獲得了提升，強(qiáng)大的處理器是無(wú)人機(jī)快速處理數(shù)據(jù)的重要基礎(chǔ)。

（3）正射影像拼接自動(dòng)化。影像在強(qiáng)大處理器的協(xié)助下實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速糾正，在將數(shù)據(jù)糾正完成后就應(yīng)對(duì)影像進(jìn)行拼接，包括無(wú)人機(jī)的飛行質(zhì)量、特區(qū)完整性以及飛行重疊度等指標(biāo)都可以在這一環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)與核驗(yàn)，這也是保證影像地圖獲得區(qū)域范圍影像數(shù)據(jù)完整性的重要前提。在對(duì)正射影像進(jìn)行觀測(cè)檢查時(shí)，應(yīng)盡量保證點(diǎn)位準(zhǔn)確、色調(diào)均衡，并應(yīng)與要求的平面圖質(zhì)量要求相比對(duì)，確認(rèn)其符合繪圖規(guī)范后才能應(yīng)用相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖2 無(wú)人機(jī)影像拼接與幾何糾正

（4）幾何糾正。為滿足礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)應(yīng)用需要，除了制作DOM還應(yīng)在后續(xù)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行幾何糾正，直至控制點(diǎn)擬合精度符合繪圖要求（＜0.3mm）?？刂泣c(diǎn)的設(shè)置與精度控制意義在于能夠利用其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)對(duì)影響進(jìn)行小范圍的幾何糾正，繼而使得其成像質(zhì)量符合資源技術(shù)的規(guī)范要求。最終的幾何糾正質(zhì)量與礦區(qū)控制點(diǎn)精度有著十分密切的聯(lián)系，其精度是否在規(guī)定范圍內(nèi)直接決定了圖像是否具有應(yīng)用意義。利用幾何糾正能夠得到符合高程數(shù)據(jù)需求的平面控制點(diǎn)，繼而滿足礦區(qū)內(nèi)比例尺影像圖的繪制要求，為后續(xù)礦產(chǎn)資源開采提供必要的數(shù)據(jù)條件。圖2為無(wú)人機(jī)影像拼接與幾何糾正。

2 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在礦山建設(shè)與管理方面的主要應(yīng)用

2.1 數(shù)字礦山

想要實(shí)現(xiàn)礦山整體信息化與智能化，合理運(yùn)用數(shù)字礦山與智慧礦山手段極其重要。數(shù)字礦山簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將計(jì)算機(jī)作為輔助設(shè)備構(gòu)建數(shù)字礦山管理系統(tǒng)，方便對(duì)其進(jìn)行智能化建設(shè)與自動(dòng)化管理。建設(shè)數(shù)字礦山需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，例如控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、遙感影像以及數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)等，與動(dòng)態(tài)資源系統(tǒng)以及尾礦庫(kù)安全檢測(cè)系統(tǒng)等結(jié)合起來(lái)，才能夠?qū)崿F(xiàn)資源的最大化利用。當(dāng)前多數(shù)礦山依舊以老舊測(cè)量手段作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取途徑，這也是在測(cè)量環(huán)節(jié)所存在的主要問(wèn)題，其費(fèi)用高以及耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)的劣勢(shì)使得其不利于未來(lái)的數(shù)字礦山發(fā)展。而低空無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)則不同，其快速獲取電子數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)使得其符合礦山的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，繼而滿足其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取與應(yīng)用需要。

2.2 礦山環(huán)境治理

部分礦山由于常年開采不僅給地層造成了較大破壞，周邊環(huán)境也隨開采進(jìn)度的深入而受到不良影響，因此想要對(duì)其進(jìn)行整治難度較大。而運(yùn)用無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)后，由于其搭載了大量的傳感器，無(wú)論是礦山區(qū)域的哪一部分，均能夠在計(jì)算機(jī)的輔助下實(shí)現(xiàn)新真彩色數(shù)據(jù)以及激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)快速獲取與應(yīng)用，為管理者提供重要決策。

2.3 礦產(chǎn)資源保護(hù)與監(jiān)測(cè)

由于部分礦產(chǎn)資源的不可再生性使得余下的資源區(qū)域顯得愈發(fā)珍貴，因此對(duì)這一部分的資源進(jìn)行嚴(yán)格管理與合理開發(fā)十分重要，相關(guān)部門應(yīng)盡最大努力降低亂采亂挖等不良現(xiàn)象的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)既是一種數(shù)據(jù)獲取手段，由于其在數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)性上的優(yōu)勢(shì)同樣能夠作為管理人員的重要監(jiān)察手段，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的區(qū)域狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)違法開采現(xiàn)象予以準(zhǔn)確打擊。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)由于具有數(shù)據(jù)快速獲取、分析等諸多優(yōu)勢(shì)，在礦山特殊地質(zhì)環(huán)境下使用無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域的全面監(jiān)管與環(huán)境監(jiān)測(cè)。利用其配備的多種傳感器，在保證數(shù)據(jù)精度的同時(shí)也能保證數(shù)據(jù)反饋與處理的實(shí)時(shí)性，為企業(yè)與政府部門提供了管理與監(jiān)管的重要數(shù)據(jù)支持。