低空无人机遥感技术及其在矿山测绘中的应用

黄翔涛 丁荣兴

（1.江西省国防科技信息和卫星应用中心 江西南昌 330000；2.江西省基础测绘院 江西南昌 330000）

1 引言

近年来，由于经济快速发展，金属矿山对各种资源的需求较大，矿石采挖总体发展逐步常态化，非法采矿现象日益严重。因非法采矿，产生了矿山垃圾侵害了优质资源，并且森林、草地等绿色资源遭到严重破坏，造成很多污染。尾矿的随意堆放也给地质研究带来了其他问题，如地表水土流失较为严重[1]。为了加强矿山建设与管理手段，采用无人机遥感测绘技术手段，采集与处理矿山地形数据，建立矿山数字化模型，提供矿山开采与管理的有效数据，推动矿山资源的综合保护。基于当前矿山的这样问题，本文以无人机遥感技术在矿山测绘测绘精度与安生生产优势，矿区资源保护方面和数字矿山建设方面进行探讨。

2 低空无人机遥感概述

无人机与遥感技术的结合，即无人机遥感技术，是一种先进的传感技术。是遥感精确测量和无线遥控技术的结合。它利用通信网络的技术，GPS定位技术和遥感信息来应用其技术，可以实现智能自动化，以及对土地，资源和环境信息的快速访问[2]。它是一种可以实现建模技术和应用程序，并分析应用程序技术的基本功能的技术。

无人机遥感探测系统主要由数据采集方法和综合数据后处理两部分组成[3]。综合数据采集方法是对地面监控软件系统所采用的遥控装置进行接近和遥控高速飞行控制系统。它使无人机遥感平台的发布能够准确地安装在无人机飞行平台上。安装在无人机飞行平台上的遥感技术设备可以安装无人机技术上的遥感应用。各种各样的传感器被用来获取更多关于地面目标的信息。可以这么说传感器自动采集功能是遥感应用最重要的部分。根据他们对既定目标的深入研究，可以选择或高度集成不同类型的红外传感器，如数字单反相机、红外扫描仪和不同孔径大小的雷达，如下图1

图1 无人机遥感平台

超低空无人机的遥感信息是一种轻中小型无人机系统。红外传感器很小，最大飞行高度小于200米，高速飞行时间小于3.5小时。在科研范围较小或用于紧急研究任务后。其特点是以无人驾驶飞机为飞行平台，利用各种类型传感器来获取地面的遥感信息。红外传感器可以获取地面卫星遥感的其他信息，利用其计算方法和各种图像技术来实现遥感信息图像的处理，并根据规模需求等一系列算法，开发出遥感技术图像获取技术，可以为各种空间遥感提供技术基础的综合数据。

3 低空无人机遥感技术应用的优势

3.1机动灵活

超低空单机遥感技术系统体积小、重量轻、机动性强。它还可以有效地防止雨、雾、烟等外界干扰[4]。它还可以快速实时查看结果，获得其他材料，在大面积低山海拔地区具有一定的明显优势。它还可以用来补充卫星的遥感信息。另外，还可以在与紧急情况相关的后续调查任务中使用。当待命时间稳定后，可以自动巡航并返回指定地点。

3.2获取高分辨率航空遥感影像

由于低空飞行的实际高度可以设置为比较低的海拔高度，然后使用高精度摄像机镜头收集高像素分辨率的卫星遥感矿山的静态图像，并将其合并与矿山亮点获取实时传输信息[4]。可以经过特殊算法显示部分内筒。具备高分辨率的的遥感技术数据通常可以一目了然地进行各种采矿活动的信息获取，从而可以随时进行矿产资源检测和资源的非法采集活动的管理，以及对于各种非法勘探活动具有强大的威慑力量。

3.3飞行控制自动化，操作简单

无人机遥感系统配备了高精度的导航系统，可以控制系统功能和自动操作工具。起飞前，无人机遥感系统可以根据预定的中途飞行距离和航线完成自主高速飞行，遥感器可以获得更多必要的遥感探测数据并进行分析，还可以快速，实时地从选定的采矿地点获取更多最终遥感数据，并进行相关调查。

3.4使用和维护成本低

考虑到设计模式自主开发过程中的应用技术范围以及系统正常使用的直接投资费用，低空遥感探测系统的空中飞行平台提供了一定程度的维护和其他成本的控制，这些成本相比较而言很低，包括系统人员维护所需的材料费用。

3.5危险区域空中调查与监测

自动飞行平台不需要人工操作，具有较低的成本。可以在具有潜在危险条件下部署现场测量，跟踪监控和准确的测量。人员身份和设备造成的损失很小，风险很小。如此一来就还可以避免紧急情况下的灾难和巨大损失。

4 无人机遥感技术在矿山建设与管理应用分析

4.1数字矿山建设中的应用

智能矿山和大型数字矿山是实现矿山信息内容和智能管理的关键技术手段。使用大型数字矿山以及使用各种软件（包括计算机）来建立矿山日常管理服务的含义，旨在实现矿山的数字升级和智能开发管理[5]。数字矿山建设的进步需要矿山的完整信息内容以及部分综合数据的部分支持，例如各种图像的遥感检测，综合控制点数据，各种采矿地图显示和卫星宽带通信基本模型综合数据。此外，还将建立该系统以进行全面的后续处理和其他相关数据的综合分析，以实现对矿山动态资源的跟踪和监控，矿山环境，尾矿池的实时监控。包含安全和监控系统的综合分析等技术方面。目前，一些矿山采用的多种方式获取基础数据的传统的测量技术，坐标系的建立过时，核心点数字误差的问题就出现了。因此，矿山建设近期更新了各种地图和视频的最终数据。传统的精密测量仪器设备周期长、成本高、现势性差。低速飞行等无人机遥感应用的技术直接影响到数字矿山建设的实际需求，它使得数字矿山所需的电子数据的获取变得简单、快速、方便，特别在一些非法采矿方面得到应用。

矿区测绘工作采用低空倾斜摄影技术，对矿山无证开采区域进行实地飞行和三维建模，生产高精度三维模型及对应的DOM和DSM,并制作数字高程模型DEM.在此基础上运用填挖方法计算前后两期的DEM之间的地表变化，从而获得矿山无证开采矿产资源量。DSM与正射影像制作流程如下图2所示。

图2 矿区正射生产流程图

4.1.1高精度三维模型构建

将影像数据、POS数据以及控制点数据导入到ContextCapture软件中进行三维模型构建，首先通过自由平差、刺点、带精确控制点信息的进行区域网平差，最后再进行三维模型构建、生成三维模型数据以及对应的DOM,DSM,其中空三加密，平差优化以及模型构建均由软件自动处理，经过控制网平差优化后，矿山无证开采测区的误差符合精度要求，最终生成的三维模型数据如下图3所示。

图3 矿区开采三维模型图

4.1.2挖方法计算前后两期的DEM之间的地表变化

首先采用Arcgis中的空间分析工具，提取调查区前期采矿区地形图和高程，并将要素文件赋予高程属性值，其次，根据高程属性值将要素文件转换为3D要素，将3D要素通过创建TIN方式构建调查区三角网。最后采用数字高程模型转换模拟的方法自然邻域插值法，将三角网格转换成所需要的DEM。调查区采矿后DEM实行实地飞行，并经过后期建模所得。

4.1.3矿山无证开采矿产资源量计算

通过空间分析综合运算方式去除岩石表层松散厚度影响，然后利用挖填方工具通过计算采矿区采矿前后两期DEM之间地表变化差异，获取调查矿产资源被无证开采的变化情况。

4.2矿山环境治理监察

逐步改善和恢复正常的旧矿区是完成矿区管理任务和管理的主要内容之一。对于这一工作的内容经常采用的一种方法所需要的时间比较长。有关职能机构的管理部门处境艰难。就低空无人机技术而言，可以在小型无人机上安装多个传感器以通过预设直接进行测量。可以对矿山进行大面积多次扫描，还可以获得各种遥感技术数据，例如测量结果重要区域的雷达系统数据，激光点云数据，自然数据，光谱范围综合数据等。并根据实际情况使用数字数据应用软件后，将获得实时动态和实际条件下所需的所有数据，还可以准确定性或定性和定量分析。

4.3矿产资源保护与监测

随着矿产资源和其他资源的开发利用，随着矿产资源的减少，矿产资源逐渐变得稀缺，并不可能再生。更合理地利用和进一步开发优质矿产资源，可以避免过度开发。矿产资源过度开发的普遍现象是政府职能部门的责任。为了防止无证矿山的开发，还可以采用尖端技术和各种方法进行有效的管理。无人机遥感探测的技术为资源公司的管理者提供了一条全新的途径。这种监视方法可以通过无人机实现空中、远程和高速警戒。视频录制和高速通勤飞行，是有效监管矿山、打击矿产违法活动，建设生态环境提供完整的技术和专业服务的非常有效的途径。

5 结束语

基于低空无人机遥感技术，利用无人机低空飞行测绘技术为矿山无证开采区域调查取证、矿产资源量计算提供高效率低成本的作业方式。由于矿区地形的特殊性无人机遥感技术可以用来监测矿产资源环境。无人机还可以为相关地方政府提供遥感数据,以便决策部门提供全面的实时动态和准确的数据[6]。但目前低空无人机遥感技术还未成熟，在许多方面还存在不足，比如飞行高度、续航能力，姿态控制能力，全天候以及大范围动态监测能力较差。提取无证开采矿山的界线过程中非自动化问题。希望从业人员应该利用无人机遥感测绘技术的优势，提高自身实践操作能力，确保无人机遥感技术能真正提高测绘效率与质量。确保测绘数据的精准性。为测绘行业持续健康发展奠定坚实的基础。