无人机低空遥感在矿山测量中的应用

2020-10-10

世界有色金属 2020年13期

（中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古满洲里 021400）

科技的发展与进步使得当前的无人机飞控系统逐渐趋于完善，无论是民用还是军用都表现出了极大的应用优势，其适用范围也在不断扩大，近些年更是在各个行业获得了极佳的应用机遇。无人机低空遥感是遥感技术的未来发展趋势，其在实际应用过程中有着多样化的应用优势，例如数据采集精准及时、使用灵活以及处理快速等，其已经逐渐成为了各行各业数据获取的主要方式[1]。虽然无人机低空遥感相较于飞机、卫星等数据测量方式出现要晚的多，但该技术在应用时不受天气等外在不良因素影响，例如大雾、多云等。而卫星等方式在测量某区域时，天气对其数据采集过程的影响极大，获取到的数据不仅不精准，影像分辨率也难以达到应用要求。无人机低空遥感平台在这种环境下却能够充分发挥其优势，在避免多种不利因素的前提下，针对具有多种复杂地质情况的矿山区域仍能保持获取数据的精准性，极大的提升了其在矿山测量环节中的应用价值。

1 无人机低空遥感测绘关键技术

1.1 数据获取特点

第一是数据获取耗费时间短。相较于卫星与飞机等航天航空遥感，该种技术不受天气等因素限制，因而能够保证信息获取的及时性与矿场检测数据的时效性，更方便根据其测量结果绘制地形图或是某处区域高分辨率图像分析。第二是数据分辨率较高。无人机飞行高度较低，在距离地面100m至200m左右的高度飞行较为常见[2]。而无人机本身配备了用以获取厘米级图像的高分辨率相机，能够随时获取较高精度的图像数据，方便满足测绘人员的多种需求，例如需要绘制高精度的比例尺地图或是要求较高数据精度的地形处理等。其在矿山测量中能够更为方便的获取需要的数据，例如矿区建设、资源实时检查以及某一区域的矿体资源监测等，发挥其数据实时性的获取优势以获得高精度的矿体资源分布数据，包括资源的区域开采程度。图1为高分辨率的无人机影像细节。第三是降低数据测量风险。相较于人工测量方式，无人机低空遥感技术仅仅需要人员远程操控无人机即可完成数据获取操作。由于矿区地形复杂，在对其进行测量时有极大的危险性，尤其是在由于过度开采导致大量空洞的地形进行数据测量。而应用无人机低空遥感技术由于无需进入到现场，因此大大降低了测量风险，无论是对这一类型的危险区域进行数据监测还是情况调查都能充分发挥其应用价值，具有极高的现实意义。第四是具有较高的机动灵活性。大多数无人机的遥感系统体积较小，携带的多数设备重量较轻，因此移动灵活性较高，这使得其在面对恶劣天气（阴雨天或是雾霾等）时受到的影响极小[3]。在对矿区某区域进行数据获取时，能够快速获取到指定位置的数据，以尾矿库监测环节为例，对这一区域进行地质灾害调查更能凸显出该技术的应用意义。第五是飞行控制自动化。当前无人机中采用的飞控系统使得无人机能够按照浏览图像中预定的点位飞行，自动化的飞行机制使得其并不需要由专人在其身边对其飞行状态进行监测。即使出现电量较低的情况，也会提前自动返航，以防止本体丢失或信号传输不及时等不良现象出现，也正是由于这一优势使得其受到外界因素的干扰较小。多数矿山区域的地形条件较为复杂，高山密林的情况下更能充分发挥出无人机的数据获取优势，保证其能够在获取到数据或是高分辨率图像后顺利返航。

1.2 数据处理技术

（1）影像畸变校正。无人机所搭载的相机等设备配合低空无人机遥感系统能够在结合相机的焦距、光学畸变参数以及主点坐标等，对所获取到的数据模型进行定向修改，快速修复其中所存在的畸变问题。利用校正软件，在图像输入其中后能够对影像进行重新采样，对失真部分进行二次纠正，并自动提取控制点坐标与高程数据。无人机所获取到的数据模型在经过校正后，保证数据完善性的同时确保了主点的偏移量始终处于规定范围内，为后续的数据处理做好了铺垫。

图1 高分辨率的无人机影像细节

（2）快速正射纠正。传统的测量环节中，影像获取受技术条件所限制，不仅速度较慢，所获得的影像精度也不高。而在现代化处理器的帮助下，不仅能够快速纠正图形，获得的图像精度也能够达到预期的设计要求。强大的图形处理器地辅助应用，使得无人机的并行处理能力得到了大大增强，再加上其高带宽的数据传输优势更为后期获取数据奠定了基础。无人机在飞行过程中所拍摄到的一切影像，都能够在强大处理器的协助下实现正射纠正，处理速度相较于传统的CPU处理器大大提升。无人机数据处理与纠正的速度得到了增强使得其数据处理效率也获得了提升，强大的处理器是无人机快速处理数据的重要基础。

（3）正射影像拼接自动化。影像在强大处理器的协助下实现了数据的快速纠正，在将数据纠正完成后就应对影像进行拼接，包括无人机的飞行质量、特区完整性以及飞行重叠度等指标都可以在这一环节进行检测与核验，这也是保证影像地图获得区域范围影像数据完整性的重要前提。在对正射影像进行观测检查时，应尽量保证点位准确、色调均衡，并应与要求的平面图质量要求相比对，确认其符合绘图规范后才能应用相关数据。

图2 无人机影像拼接与几何纠正

（4）几何纠正。为满足矿产资源数据应用需要，除了制作DOM还应在后续根据实际情况对其进行几何纠正，直至控制点拟合精度符合绘图要求（＜0.3mm）。控制点的设置与精度控制意义在于能够利用其应用优势对影响进行小范围的几何纠正，继而使得其成像质量符合资源技术的规范要求。最终的几何纠正质量与矿区控制点精度有着十分密切的联系，其精度是否在规定范围内直接决定了图像是否具有应用意义。利用几何纠正能够得到符合高程数据需求的平面控制点，继而满足矿区内比例尺影像图的绘制要求，为后续矿产资源开采提供必要的数据条件。图2为无人机影像拼接与几何纠正。

2 无人机低空遥感技术在矿山建设与管理方面的主要应用

2.1 数字矿山

想要实现矿山整体信息化与智能化，合理运用数字矿山与智慧矿山手段极其重要。数字矿山简单来说就是将计算机作为辅助设备构建数字矿山管理系统，方便对其进行智能化建设与自动化管理。建设数字矿山需要大量的基础数据，例如控制点数据、遥感影像以及数字高程模型数据等，与动态资源系统以及尾矿库安全检测系统等结合起来，才能够实现资源的最大化利用。当前多数矿山依旧以老旧测量手段作为基础数据的获取途径，这也是在测量环节所存在的主要问题，其费用高以及耗费时间长的劣势使得其不利于未来的数字矿山发展。而低空无人机遥感技术则不同，其快速获取电子数据的优势使得其符合矿山的实时运行状态，继而满足其基础数据的获取与应用需要。

2.2 矿山环境治理

部分矿山由于常年开采不仅给地层造成了较大破坏，周边环境也随开采进度的深入而受到不良影响，因此想要对其进行整治难度较大。而运用无人机低空遥感技术后，由于其搭载了大量的传感器，无论是矿山区域的哪一部分，均能够在计算机的辅助下实现新真彩色数据以及激光点云数据快速获取与应用，为管理者提供重要决策。

2.3 矿产资源保护与监测

由于部分矿产资源的不可再生性使得余下的资源区域显得愈发珍贵，因此对这一部分的资源进行严格管理与合理开发十分重要，相关部门应尽最大努力降低乱采乱挖等不良现象的发生风险。无人机低空遥感技术既是一种数据获取手段，由于其在数据获取实时性上的优势同样能够作为管理人员的重要监察手段，实现远程的区域状态实时监测，对违法开采现象予以准确打击。