探討礦山地質(zhì)勘查中無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用

[ 作者簡(jiǎn)介 ]

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

[ 摘要 ]

為了能夠有效提升找礦工作的質(zhì)量，需要做好地質(zhì)勘查工作。很多地區(qū)的地理環(huán)境十分復(fù)雜，為了能夠更好地促進(jìn)地質(zhì)勘查效率的提升，需要利用無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)，完成比較復(fù)雜的工作任務(wù)，這樣能有效提升地質(zhì)測(cè)繪工作的效率。本文首先針對(duì)無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行闡述，然后分析航拍測(cè)繪的重點(diǎn)問題和關(guān)鍵技術(shù)，最后針對(duì)無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行論述，旨在能夠盡可能地完成礦山地質(zhì)勘查工作，為找礦工作奠定基礎(chǔ)。

[ 關(guān)鍵詞 ]

礦山地質(zhì)勘查；無人機(jī)航拍；測(cè)繪技術(shù)；航線設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TD15

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.15.062

現(xiàn)階段，無人機(jī)已經(jīng)成為一種先進(jìn)的航拍工具，通過這樣的形式能夠?qū)Ρ容^復(fù)雜的地理環(huán)境進(jìn)行拍攝，降低工作壓力。無人機(jī)可以在任意地點(diǎn)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(duì)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(jìn)行拍攝工作，促進(jìn)工作質(zhì)量的提升。

1 無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)概述

無人機(jī)航拍技術(shù)在日常的很多工作領(lǐng)域中都有非常廣泛的應(yīng)用，無論在影視劇拍攝還是臨場(chǎng)監(jiān)控工作中，都需要利用無人機(jī)航拍技術(shù)。傳統(tǒng)的航拍工作主要是通過固定翼飛機(jī)搭載攝影師，在高空中進(jìn)行拍攝，這樣的拍攝工作不僅需要花費(fèi)更多的成本，同時(shí)也會(huì)為攝影工作人員帶來一定的危險(xiǎn)。而且可能因?yàn)轱w行員和攝影師技術(shù)的問題而造成拍攝效果不盡人意，這就需要多次重復(fù)進(jìn)行拍攝，會(huì)耗費(fèi)巨大的成本。無人機(jī)技術(shù)的使用能夠很好地解決這個(gè)問題，通過無人機(jī)航拍能夠更好地利用地面控制臺(tái)來進(jìn)行監(jiān)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(jī)可以更好地進(jìn)行攝像頭的搭載工作，利用單反相機(jī)、變焦鏡頭、夜視儀等設(shè)備來完成拍攝，具有非常高的拍攝精度，能夠滿足多種復(fù)雜任務(wù)的拍攝要求。還可以利用八軸無人機(jī)進(jìn)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(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，從而由地面控制來完成多角度的拍攝工作。在無人機(jī)航怕技術(shù)的使用中，還需要結(jié)合遙感技術(shù)，同時(shí)配合使用數(shù)碼光學(xué)設(shè)備，這樣也能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境下開展工作，提升測(cè)繪精度。

2 航拍測(cè)繪重點(diǎn)問題分析

在日常的航拍測(cè)繪工作中，需要進(jìn)行一定的信息收集和數(shù)據(jù)的壓縮，利用函數(shù)化運(yùn)算可以更好地進(jìn)行圖像信息的轉(zhuǎn)化，并且進(jìn)行存儲(chǔ)，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化信息的存儲(chǔ)和利用。工作人員能夠通過數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)和調(diào)用，這樣可以提升數(shù)據(jù)信息的運(yùn)用效率。通過無人機(jī)航拍進(jìn)行大量圖像數(shù)據(jù)信息的采集，需要具備一定的圖像上傳技術(shù)。利用無人機(jī)來進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)信息的獲取，并且通過數(shù)據(jù)傳輸來進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳播，而且能夠根據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，需要具有比較強(qiáng)的通訊能力以保證信號(hào)的暢通。此種傳輸模式能夠?qū)崟r(shí)了解無人機(jī)航拍工作中的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行拍攝調(diào)整，進(jìn)而獲取最佳畫面。通過圖傳工作進(jìn)行數(shù)據(jù)流的整理，還需要對(duì)視頻文件進(jìn)行壓縮，并且利用加密技術(shù)進(jìn)行處理，確保數(shù)據(jù)的安全傳輸。航拍結(jié)束后，要在地面接收端進(jìn)行解碼工作，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行還原。為了無人機(jī)航拍工作的順利開展，需要確保遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。需要利用傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)以及伺服動(dòng)作設(shè)備等來進(jìn)行無人機(jī)的裝載工作，有效保證無人機(jī)設(shè)備拍攝的姿態(tài)穩(wěn)定，這樣有助于控制和管理。無人機(jī)平臺(tái)可以與衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行連接，為無人機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航，可以達(dá)到超視線飛行的水平，有助于提升無人機(jī)航拍測(cè)繪工作的質(zhì)量。

3 航拍測(cè)繪關(guān)鍵技術(shù)

在航拍技術(shù)不斷發(fā)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(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。特別是在野外拍攝，很多溝壑出現(xiàn)的陰影會(huì)對(duì)視覺造成影響，不利于提升航拍的精準(zhǔn)性。傳統(tǒng)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(duì)一些具體的細(xì)節(jié)內(nèi)容進(jìn)行展示。因此，需要進(jìn)行多視角傾斜航拍。該技術(shù)能夠從不同的角度進(jìn)行拍攝，主要包括1個(gè)下視鏡頭和4個(gè)傾斜鏡頭的組合，從而能夠通過5視角來進(jìn)行地面拍攝。除此之外，還需要GPS系統(tǒng)幫助無人機(jī)獲得方位數(shù)據(jù)。在日常的航拍工作中，需要對(duì)曝光參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，使其能夠同時(shí)進(jìn)行1張垂直向下和4張傾斜角度的影像獲取，有效實(shí)現(xiàn)多角度的拍攝。但是拍攝工作中還存在著一定的難點(diǎn)，因?yàn)轱w行方向的原因?qū)е赂鱾€(gè)點(diǎn)之間距離不同，從而無法保證各個(gè)點(diǎn)之間的殘差數(shù)據(jù)相統(tǒng)一。而且地面具有一定的雜光干擾，遠(yuǎn)景的地面采樣間隔要比近景的低，從而導(dǎo)致地面分辨率不一致。在多重地面環(huán)境拍攝時(shí)，會(huì)出現(xiàn)影像重疊的問題，進(jìn)而造成數(shù)據(jù)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(huì)因?yàn)樘柟獬霈F(xiàn)反射，造成進(jìn)入攝像頭中的光強(qiáng)不同，會(huì)導(dǎo)致亮度具有一定的偏差，無法保證數(shù)據(jù)統(tǒng)一。為了能夠解決以上問題，工作人員要提升測(cè)量精度，在拍攝目標(biāo)的外觀、位置和高度等方面進(jìn)行三維模型的構(gòu)建，從而彌補(bǔ)缺點(diǎn)，提升工作質(zhì)量。

4 礦山地質(zhì)勘查中無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目任務(wù)

為了能夠有效進(jìn)行礦山的開采工作，提升安全生產(chǎn)技術(shù)，就需要做好煤礦管理工作。需要利用無人機(jī)航拍工作進(jìn)行地圖繪制，主要是進(jìn)行比例尺為1∶2 000和1∶5 000的地圖繪制，還需要生產(chǎn)數(shù)字正射攝像圖和礦區(qū)地形地質(zhì)圖。那么就應(yīng)該利用無人機(jī)航拍技術(shù)來進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集工作，這樣能夠提升測(cè)量進(jìn)度。使用Quick eye II無人機(jī)來進(jìn)行數(shù)碼相機(jī)的搭載工作，并且進(jìn)行一定的地面控制點(diǎn)布設(shè)，通過空中三角測(cè)量技術(shù)去進(jìn)行誤差計(jì)算。利用根源對(duì)象點(diǎn)位置坐標(biāo)進(jìn)行綜合改正值，有效確定方位元素，有效實(shí)現(xiàn)高精度標(biāo)定工作。然后對(duì)其結(jié)果進(jìn)行應(yīng)用，制作大比例尺地形圖。

4.2 航拍系統(tǒng)

為了能夠更好地進(jìn)行區(qū)域測(cè)繪工作，需要準(zhǔn)備無人機(jī)設(shè)備，同時(shí)需要做好飛行控制系統(tǒng)工作，準(zhǔn)備數(shù)碼相機(jī)，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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并且利用地面處理設(shè)備來進(jìn)行信息的處理。同時(shí)使用無人機(jī)搭載CanonEOS5DMark II高分辨率的單反相機(jī)進(jìn)行拍攝，像素為5 616×3 744pixel。還需要在無人機(jī)飛行過程中進(jìn)行快門定點(diǎn)曝光工作的控制，這樣能夠?qū)?duì)焦環(huán)固定在遠(yuǎn)處，鎖定目標(biāo)，同時(shí)需要進(jìn)行固定光圈，這樣能夠確保運(yùn)用相同的物鏡畸變參數(shù)，確保拍攝效果。

4.3 航線設(shè)計(jì)

相關(guān)數(shù)據(jù)研究顯示，需要測(cè)量的區(qū)域面積為8.91平方千米，主要是處于山間盆地，這樣的地區(qū)屬于中低山區(qū)。該區(qū)域中間高，而東西低，最高點(diǎn)海拔高度為1 185.83米，最低點(diǎn)海拔為900米。該區(qū)域的植被覆蓋率比較高，建筑物比較少，東西長(zhǎng)度為3 836米，南北長(zhǎng)度為2 363米。需要根據(jù)相關(guān)的地形條件和比例要求去進(jìn)行航線的設(shè)計(jì)。此次航線一共有8條，航向重疊度大于65 %，航空高度設(shè)定為1 224米，分辨率為0.18米，同時(shí)利用GPS系統(tǒng)進(jìn)行定點(diǎn)曝光，每一條航線需要拍攝15張照片。

4.4 地面控制

在進(jìn)行地面控制時(shí)，需要做好內(nèi)業(yè)布點(diǎn)工作，同時(shí)需要外業(yè)人員進(jìn)行一定的野外刺點(diǎn)。在野外控制點(diǎn)的設(shè)置需要根據(jù)相關(guān)拍攝規(guī)范來布點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)的布設(shè)工作需要在航向和旁向3片重疊范圍內(nèi)實(shí)施，一共設(shè)置39個(gè)平高點(diǎn)，所有的像片控制點(diǎn)都能夠進(jìn)行公共使用。

4.5 空三測(cè)量

在進(jìn)行空中三角測(cè)量工作使用DATMatrix + ATMatrix + PATB來實(shí)施，主要是專業(yè)作為空中三角測(cè)量工作的系統(tǒng)，針對(duì)小數(shù)碼影響來進(jìn)行測(cè)量工作?？梢赃\(yùn)用比較少的地面控制點(diǎn)來進(jìn)行外方位元素和加密點(diǎn)地面坐標(biāo)的計(jì)算，還能夠利用光束法來進(jìn)行粗差檢測(cè)，同時(shí)做好平差計(jì)算工作。根據(jù)平差計(jì)算結(jié)果分析我們可以知道，此次拍攝工作主要利用普通的數(shù)碼相機(jī)，以無人機(jī)設(shè)備為載體在1 124m高的高空進(jìn)行。通過檢驗(yàn)校對(duì)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(jī)可以實(shí)現(xiàn)低空飛行的任務(wù)，還能夠得到更高分辨率的影像信息，能夠?qū)π^(qū)域進(jìn)行大比例尺地形圖的繪制工作。不同定向的限差滿足規(guī)定要求，因?yàn)榇嬖诒嬲J(rèn)誤差而導(dǎo)致平面精度降低，但是不會(huì)有太大的影響。在進(jìn)行拍攝時(shí)，可以提高地面分辨率，同時(shí)增加行高，這樣能夠做好小比例尺的地圖測(cè)繪工作。

4.6 模型構(gòu)建

在礦山地質(zhì)勘查工作中，利用無人機(jī)航拍技術(shù)能夠進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取，并且進(jìn)行三維模型的構(gòu)建。在建模工作中，通過對(duì)不同位置上的點(diǎn)云坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)應(yīng)用，能夠提升數(shù)據(jù)信息的細(xì)致性，保證色彩信息連續(xù)，對(duì)所有的離散點(diǎn)云坐標(biāo)進(jìn)行連接，從而形成連續(xù)的平面。在面構(gòu)網(wǎng)形成時(shí)，需要形成一個(gè)規(guī)則的矩形網(wǎng)格，并且根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行分析，從而構(gòu)建不規(guī)則的三角網(wǎng)格，圖1是礦山三維數(shù)據(jù)模型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)圖：

圖1中的（a）是一種規(guī)則的矩形網(wǎng)格，而（b）是不規(guī)則的三角形結(jié)構(gòu)。其中的XoYo表示的是整個(gè)模型的起始點(diǎn)，而DY是水平方向坐標(biāo)軸，DX是垂直方向坐標(biāo)軸。Xi與Yi指的是橫軸坐標(biāo)和縱軸坐標(biāo)，Pij指的是重點(diǎn)點(diǎn)云坐標(biāo)。礦山地質(zhì)三維模型能夠利用數(shù)字的方式進(jìn)行空間分布情況的展示，利用遙感資料進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取和展示。而第二種被稱為數(shù)字高程模型，能夠?qū)φ麄€(gè)礦山的起伏情況進(jìn)行了解，能夠形成柵格數(shù)據(jù)。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(jìn)行真實(shí)信息的展示。因此，需要在具體的礦山測(cè)繪工作中，根據(jù)不同的目的進(jìn)行三維模型的選擇。

4.7 航線確定

在三維模型構(gòu)建結(jié)束后，為了能夠使得測(cè)繪精度得到進(jìn)一步的提升，就需要再次進(jìn)行無人機(jī)航拍工作。需要做好航線設(shè)計(jì)，從而分段完成拍攝作業(yè)。那么就需要確保測(cè)繪區(qū)域與機(jī)場(chǎng)相距大于10 km，從而保證飛機(jī)的飛行安全。還應(yīng)該做好無人機(jī)起落地的選擇，保證地面平坦。還需要保證拍攝區(qū)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(yīng)該對(duì)無人機(jī)的類型、續(xù)航時(shí)間以及工作目標(biāo)等內(nèi)容進(jìn)行全面分析。

4.8 信息編錄

在獲取礦山數(shù)據(jù)之后，需要做好相關(guān)信息的有效利用，完成航拍測(cè)繪工作后，需要做好輔助勘查信息的編錄工作。應(yīng)該將三維模型與彩色信息進(jìn)行耦合匹配，同時(shí)需要做好測(cè)繪圖像的標(biāo)記、耦合與提取，這樣才能夠展現(xiàn)出整個(gè)礦山地質(zhì)空間分布的情況。更加需要做好點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描工作，通過多空間的多義線的描述工作，能夠?qū)y(cè)繪圖像進(jìn)行直接測(cè)量，并且利用等比例放大的方法來獲取實(shí)際的參數(shù)。還能夠運(yùn)用測(cè)繪圖倆進(jìn)行位置的標(biāo)記工作，對(duì)三維點(diǎn)云進(jìn)行耦合工作后，需要做好結(jié)構(gòu)面的識(shí)別工作，有效實(shí)現(xiàn)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(xì)節(jié)都能夠以非常高的清晰度。在編錄時(shí)，可以在小結(jié)構(gòu)面上進(jìn)行參數(shù)信息的解釋，并且通過不同顏色的線進(jìn)行結(jié)構(gòu)面出露跡線的描繪，實(shí)現(xiàn)圖像的存儲(chǔ)。

5 結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)在礦山地質(zhì)勘查工作中具有非常好的實(shí)用性，能夠彌補(bǔ)工作人員不足的問題，還能夠提升拍攝精度，進(jìn)行相關(guān)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(chǔ)。而且無人機(jī)具有比較長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間，能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間的高空飛行和低空拍攝等工作任務(wù)，有助于航拍測(cè)繪工作的有效開展。

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