无人机航拍矿山地质测绘图像分辨率系统设计分析

严荣鹤 （福建省闽西地质大队，福建 三明365000）

1 引言

有色金属的矿山，大多数地形较为复杂，有些区域甚至存在塌陷、裂缝等危险情况，因此，对矿山的每项开采工作，都需要进行测绘、勘探、和建模，之后才能进行开采工作。使用无人机获取数据和图像，贯穿于整个矿山开采的过程中。

随着矿山资源开采工作的难度不断增加，对矿山地质测绘技术要求也越来越高。由于矿山的开采工作基本是在地下完成，因为危险系数非常高，同时在对矿山进行开采的时候，对环境的破坏程度非常大。因此，在开采之前，对矿山的地质情况进行测绘，是非常有必要的。而传统的测绘技术已经不能满足当前矿山测绘工作的实际需求[1]。结合新型科学技术的发展，无人机航拍测绘技术，以其优越的特点，在矿山测绘工作中，发挥着重要的作用。同时由于对图像的分辨率要求越来越高，因此，文章对无人家航拍的矿山地质测绘图像的分辨率系统，在图像采集与图像储存及处理上，有了新的模块设计，得到的图片与传统的测绘技术得到的图片相比，具有更高的分辨率，促进了矿山行业的大力发展，也提高了无人机航拍测绘技术的广泛应用。

2 实例分析

福建省三明市有丰富的煤矿资源，境内主要以中低山及丘陵为主。该市西北部、中部、东南部都有山脉。峰峦耸峙，低丘起伏，溪流密布，河谷与盆地错落其间。该市的地势总体上是西南部高，东北部低，最高处的海拔不到两千米，最低处的海拔只有五十米，山地的总面积占该市总面积的百分之八十多，其地质条件非常复杂，勘测的难度系数非常高，由于境内大部分是山地，因此，光靠人力来进行勘测，工作量大，同时由于地形较为复杂，在加上信息的种类及数据量较多，因此，传统的测绘技术是无法完成如此量大的测绘工作[2]。

3 无人机航拍的优越性

3.1 无人机航拍技术

遥感领域中对地质地形情况进行测绘的一种新型的技术。无人机航拍技术在实际的应用中，拥有良好的反馈能力，在资金与时间方面，不需要大量的投入。与传统的飞机搭载摄像机进行航拍相比，无人机航拍技术存在巨大的优势。传统的航拍模式，需要有较大的起降场，而无人机航拍技术不需要起降场，可以随时随地进行起降，工作流程非常简单，不仅降低了成本，也使得测绘工作变得更加的灵活。无人机航拍技术可持续工作时间长，且不受外界环境的影响，对自然环境要求不是很高，可以有效的控制离地的高度，获得的图片信息不仅详细，而且分辨率也高，可以精确到10～50cm范围内，进而保障了图片信息的准确性[3]。同时，无人机的监测效率极高，无人机航拍能对监测区域进行大范围的监测，并可以迅速生成图像数据，单台无人机一周的检测量可达到2000km2。因此，无人机航拍技术，在测绘领域的应用，具有良好的实用意义，不仅促进了无人机航拍技术的发展，也提高了测绘工作的效率。如图1所示。

图1 无人机航拍的优越性

在进行矿山测绘之前，以矿山地图作为空中测量的依据，设定航行的方向及轨迹，并对航测的参数及飞行情况进行检查，并对无人机进行电量检查，保证可以完成整个飞行过程。布点问题由人员野外进行，测绘图按照《1∶500/1、1∶1000/1∶2000地形测量规范》要求进行区域网点的布设。（如表1）

无人机参数表 表1

3.2 建立三维立体模型

为了保障对矿山地质测绘数据的准确性，在无人机航测技术中，引用了三维数据建模来帮助测绘工作。三维数据建模具有三维空间数据处理能力，能够对矿山测绘获取的数据进行分析。三维立体模型就是将数据建立成低质空间复合体，把矿山低质分割成不同性质的岩层，提高矿山测绘的准确度。如图2所示。

图2 三维数据模型

4 无人机航拍测绘技术

矿山地质测绘主要是对矿山的地形，位置，资源利用情况等实际信息进行勘测，进而获取相关的数据信息。对矿山地质进行测绘，不仅有利于掌握矿山资源的实际情况，还有利于实现矿山资源的有效配置。随着科技的不断发展与创新，无人机作为一种新型的航测技术，已经不单单用于军事领域，在其他的领域也得到了广泛的应用。无人机航拍，可以完成一些比较复杂的任务。采用无人机航拍技术，在测绘技术领域的运用，对矿山地质情况进行测绘，大力的提高了测绘的工作效率。无人机航拍技术主要是采用无线电遥控技术或者计算机进行远程操控，程序简单，成本较低，精准度及工作效率都非常的高，其优点主要还表现在隐蔽性好、机动性强、造价低廉、事故率低、图像获取快捷方便，能够满足大比例的成像要求。因此，具有一定的实际意义，可以有效的促进我国矿山测绘技术的发展[4]。

无人机航拍测绘技术主要是由导航和定位系统、微型无人机平台、高分辨率数码传感器和数据处理等部分组成。即利用了先进的GPS定位技术、通信技术、无人驾驶技术、遥测遥感技术、遥感传感技术以及影像处理技术等。通过无人机携带数码相机、摄像机等数字遥感设备，对图像进行采集、传输，可以快速获取矿山的地形、资源及环境等方面的信息，有效的对信息进行分析处理。如图3所示。

然而由于图片技术的发展，当前对图像的分辨率要求越来越高，因此对无人机航拍得到的图像的分辨率，同样要求也越来越高。但是由于矿山的地形比较复杂，且形状多样，无人机航拍得到的图像，由于受背景的影响比较大，因此有可能存在拍摄目标与背景之间存在着边界不够清晰的问题。因此，图像的高分辨率是目前无人机航拍测绘技术工作中的难点。因此，在图像分辨率系统中，对图像采集模块及图像存储模块进行了设计，并且，为了能提高图像的分辨率，在图片处理模块还提出了遥感数据融合法，就是将高分辨率的图片与低分辨率的图片进行融合的新方法，用以提高图片的分辨率，进而达到了对图像高分辨率的要求[5]。

图3 获取影像

5 矿山地质测绘图像分辨率系统设计

矿山地质测绘图像分辨率系统设计（图3），包含硬件设计与软件设计两个方面。

图4 图像分辨率系统

5.1 硬件设计

硬件设计主要是图像采集模块、图像处理模块、图像的储存模块以及电源等方面。

首先，在图像采集模块方面，主要是采用高分辨率传感器的影像设备，将采集到的图像转换为数码图片，分辨率精确到厘米，其表现方式更为直观。同时，为了可以对测绘到的图像进行实时采集，所以高清数码相机适合无人机进行携带，可以有效完成系统中所需要的图片的采集工作。

其次，在图像存储模块方面，在进行矿山地质测绘时，是先将采集到的图片进行储存，然后才能对其进行处理。由于矿山地质类型较多，数据资料量较大，所以采用了DHUGFI存储器，该存储器的存储容量较大。同时，在进入该存储器时，速度也是非常的快。在使用存储器时，为了保障储存的数据不被丢失，应先对存储器进行时间设置，在进行数据发送与数据读取时，以时间为基准，进而有效的保障数据的准确性。

5.2 软件设计

软件设计主要是针对图像处理模块，为了提高图像的分辨率，采用遥感数据融合法，提出了利用高分辨率的图像来提高低分辨率的图像，高分辨率图像与低分辨率图像相融合的方式。首先，对已经采集到的数据进行分析和处理，去掉尺寸小于已经确定的频率的高频部分，将采集到的图像的高分辨率与低分辨率的图像进行融合。为了保障能够更好的具有平移不变形的图像，建议采用小波算法。对图像进行主分量变换，在变换的过程中，会重新得到一组新的分量。为了可以更好的对主分量进行融合，可以用图像的相关矩阵，代替图像的协方差矩阵，就可以有效的提高矿山地质测绘图像的分辨率。而将低分辨的图像与高分辨率的图像有效的进行融合，还可以有效地提高整体图像的分辨率[6]。

6 无人机航拍测绘技术与传统测绘技术对比

文章提出的具有图像高分辨率的无人机航拍测绘技术，在进行矿山地质测绘时，获得的图像分辨率较高，即使面对矿山复杂的地质条件时，也可以对图像进行有效的处理，为测绘工作人员提供了详细的矿山地质信息。而传统的矿山测绘技术，得到的图片分辨率不够高，不能对矿山测绘得到的图片信息进行有效的分析。因此，无人机航拍的矿山地质测绘技术中，对图像分辨率系统的设置，无论是在理论还是在实际的操作中，都大力的提高了测绘技术的准确度，促进了测绘技术的发展。

7 结语

总之，传统的测绘技术，已经不能满足当前不断发展的测绘工作的要求，而无人机航拍测绘技术的出现，有效的促进了对矿山地质测绘工作的进一步发展。而矿山地质测绘图像分辨率系统中，增加了可以有效提高图片分辨率的硬件设计与软件设计，通过对矿山地质数据的有效采集及存储，再通过将高分辨率的图像与低分辨率的图像相融合的技术，进一步的提高了图像的分辨率，不仅能为测绘工作人员提供更为清晰及准确的矿山地质情况信息，还加快了对矿产资源寻找的速度，有力的促进矿山行业的发展。与此同时，也提高了测绘工作的精准度及工作效率，促进国家的发展。