无人机遥感测绘技术在矿山测量中的应用

陈端祥

(福建省121地质大队，福建 龙岩 364021)

现阶段，随着无人机技术的发展、成熟，其在民用领域的应用范围进一步扩大，尤其是与各行业领域的融合发挥出了巨大的优势作用。无人机遥感测绘技术是遥感技术发展的主要趋势之一，因其数据获取及处理灵活快速、成本较低等特点，在遥感数据获取方面展现出独特的优势。传统矿山测量主要是利用卫星和大飞机作为遥感平台的航空航天测量，受天气因素影响较大，工作效率不高。无人机遥感测绘技术在矿山测量中的应用，利用其技术自身优势，在获取符合要求的高分辨率影像的同时，还可以有效避免不利因素影响，提高工作效率[1]。因此，无人机遥感测绘技术在矿山测量中的应用价值值得进一步探讨。

1 无人机遥感测绘技术的优点

相对于航天遥感技术，无人机遥感测绘获取数据具有明显的优势，主要表现在以下几方面。

①数据获取周期短。采用无人机遥感测绘技术，多是低空飞行获取影像数据，避免了卫星航空遥感技术受天气条件的限制，以及常规航空遥感技术需要办理空域飞行申请的客观条件限制，能够有效保证数据采集的时效性，极大缩短数据获取周期[2]。

②数据分辨率高。无人机低空飞行一般不高于地面1000m，甚至还可以在距离地面200m左右飞行，通过机身携带的高分辨率数码相机，可以获取较高分辨率的影像数据，并且提高数据获取的准确性和及时性，满足比例尺测图精度及监测要求[3]。

③获取危险区数据。无人机在危险区域下飞行，最大限度地保护了工作人员的人身安全，并且能够获取到实时、准确的数据信息，既保证工作效率，又实现了安全最大化[4]。

④机动灵活。无人机机身具有体积小、重量轻等特点，从而保证无人机遥感测绘能够实现在天气强干扰、地形复杂的区域机动、灵活地获取数据[5]。

⑤飞行控制自动化。现阶段，无人机飞行控制系统已经可以做到根据遥感图像上指定点位飞行，并且在电量低于预设值或达到用户自行设置的电量值时自动返航，实现全程飞行自动化[6]。

2 无人机数据处理关键技术

2.1 影像畸变校正

通过对数码相机进行标定，能够获得相机的准确定位以及相关参数，然后利用数学模型设置对相机的改正模型，对数码相机成像进行畸变校正，经过畸变校正后的影像可以为数据的后期处理做好准备[7]。

2.2 快速正射纠正

GPU的并行处理能力非常强大，并且还可以实现高宽带的数据传输。无人机遥感测绘技术在正射影像纠正中，可以借助GPU进行数字影像正射纠正，极大提升纠正速度，并有效提高数据处理效率，从而保证无人机影像数据处理的快速性[8]。

2.3 大范围正射影像自动拼接

成像经过快速正射纠正后，可以对测区范围内的正射影像进行拼接，保证其完整性。同时，对无人机的飞行质量进行检测，确定其重叠度等各项飞行指标满足要求，保证测绘工作的顺利高效完成[9]。

2.4 几何纠正

为了满足矿山测量对遥感监测技术的要求，在数字正射影像完成后，需要进行几何纠正，确保控制点拟合精度、地物点误差在精度要求范围之内，从而保证无人机遥感测绘影像成果精度满足矿山测量需求[10]。

3 无人机遥感测绘技术在矿山测量中的应用

3.1 项目概况

本项目主要是在福建1∶5万浒州幅456km2的范围内开展较系统地矿产地质调查工作。调查区主要位于福建省北部，南部属建阳区管辖、东北部属浦城县管辖、西北部属武夷山市管辖。工作区范围：东经118°15′～118°30′，北纬27°30′～27°40′，属1∶5万浒州幅(G50E003018)，面积456km2，如图1所示。

图1 项目测区地理位置

测区地处武夷山脉北段，地势东、西高，中间低。最低点(浒州)海拔159.5m，最高点(营盘岗)1157.7m，相对高差一般在500m以上。测区居民点分散，村庄小路十分稀少，给矿调工作增加了困难。因此，利用无人机遥感测绘技术，获取测区高分辨率影像，并对影像进行处理，为矿产地质调查提供参考依据，能有效减少调查难度和提供调查效率。

3.2 技术路线

本次项目实施首先收集完成矿区数据资料，然后对无人机遥感测绘技术应用进行科学设计与规划，历时30天，获取完成矿山影像数据，并通过无人机影像处理后获得1∶1000地形图，为矿区开展矿产检查及资源勘测提供基础数据。主要技术路线如图2所示。

图2 技术路线图

3.2.1 无人机及数码相机选择

本项目选用固定翼“UV-Ⅱ”无人机，机身搭载Sony RX1RII高端数码相机，数码相机像素为4240万，最高分辨率7952×5304，全机重量1.5kg。

3.2.2 技术参数设置

由于矿山地区地形、地表差异较小，无人机航摄进行分区；航线设计主要按照方向，由西向东布设；地面分辨率在0.08m；设置航向重叠度在80%，旁向重叠度在65%，相对航高320m。

3.2.3 飞行质量控制与补重摄

无人机飞行质量控制有效性直接关系到无人机遥感影像数据质量。飞行质量的控制内容主要包括：①控制无人机升降飞行速度，上升及下降都须低于10m/s；②飞行过程中，无人机转弯需要控制坡度在20°以内，以防止卫星信号失锁；③拍摄区域的边界覆盖率应当高于像幅二成；④飞行过程中，航向及旁向的重叠度应当保持在设计重叠度；⑤同一航线上相邻像片航高差不高于30m，整体航高差最大值不超过50m；⑥控制最大旋偏角像片数量，不能多于总数的4%。

无人机飞行质量控制不佳，或者受到各方面因素影响而导致飞行质量不达标的，需要进行重摄；对于局部缺陷，如云影等，或相对漏洞，则需要进行补摄，补摄航信超度需要比漏洞长出一条基线。

3.3 影像数据处理

首先对数字影像数据进行检查，内容包括对影像质量的检查、数据异常检查、重叠度检查等。然后要确保像控点与最近基础控制点平面位置、高程的误差均不高于0.1m。最后对影像畸变情况进行纠正，具体来说(如图3)：选择GPU纠正快速测绘影像图，对其中存在的主点偏移、畸变等情况进行纠正，同时进行匀色处理；根据飞行影像建立DOM(即数字正射影像图)，主要是利用DEM(即数字高程模型)对经过扫描处理的单张航片，利用ArcGIS纠正软件，将影像失真情况纠正过来；运用数学模型转换影像投影，由中心投影变为垂直正向投影，从而获取正射像片；对像片进行编辑操作，最后生成标准分幅正射影像图。像片纠正完成后，再进行几何纠正，借助ERDAS软件将地面控制点坐标和高程数据提取出来，确保像片精度达标。

图3 影像数据处理流程

4 无人机影像成图精度分析

4.1 数字正射影像图质量

矿山地形主要以丘陵山地为主，其高低起伏变化情况较大，无人机遥感测绘技术需要根据设置飞行相对航高，控制飞行质量，从而保障影像质量。同时，飞行数据覆盖、重叠度等对最终数字正射影像图质量有重要影响。根据数字正射影像处理后的成图质量分析，在对相邻的正射影像进行立体观察与量测检查时，个别点位存在误差，但从整体地形上看并没有明显起伏；正射影像平面图质量符合规范要求，图像在色彩和色调上都满足均衡要求。

图4 数字正射影像图

4.2 成图质量分析

在矿山测量项目完成后，可以利用检测区控制点对检测区外进行测量，对成图质量进行分析。野外踩点共256点，对踩点数据及成图后在图上量取的数据进行计算分析，得出误差值，对成图质量进行评价和测试。将实际测量野外点位与成图后在图上量取的点位进行对比分析，得出结论为内业加密点、地物点、内业加密高程点、内业高程注记点与实际测量野外点位的误差分别为0.88m、1.01m、0.70m、0.79m。具体情况见表1。

表1 成图质量分析

5 结束语

无人机遥感测绘技术是遥感技术发展的主要趋势，具有数据获取及处理灵活快速、成本较低等特点，在遥感数据获取方面展现出独特优势。在矿山测量中，应用无人机遥感测绘技术，能够实现对矿山资源的勘察、检测、监管等，满足矿产检查，评价区域矿产资源潜力，寻找并圈定找矿靶区等提供重要、准确的数据支持。本文通过详细介绍利用无人机获取调查区高分辨率影像的技术路线和影像处理过程，并分析得出影像的质量和精度满足矿产调查使用要求，为调查区矿产测量提供参考，最大限度地减少调查难度，并提高了调查效率，可为其他同类调查项目提供参考。