无人机遥感在地质工程测量中的应用研究

2021-11-29丁涧峰

中国金属通报 2021年12期

丁涧峰

（安徽省地矿局311地质队安庆测绘技术院，安徽安庆 246000）

无人机遥感技术是近几年发展起来的新型技术，功能齐全，适合诸多领域发展需求，提高了作业效率。同时该技术具有操作灵活、成本低廉等特征，不仅可加快信息数据获取速度，还能加强作业规划的可靠性、可行性，对于相关领域发展起到了重要的推动作用。文章主要对该技术在地质工程测量中的应用展开分析与探讨[1]。

1 无人机遥感技术的基本概念

无人机遥感，也就是采用无人驾驶飞行器技术、远程遥感技术、卫星定位导航技术、移动通讯技术和实时动态差分技术，对国土空间资源、自然环境资源以及地震灾区环境资源等涉及的数据信息进行采集、整合、建模、处理与分析。无人机遥感系统具有技术操作简便、机动性强、投资成本低等优势特点。目前，国内无人机遥感技术已经从初期探索阶段发展到推广应用阶段。

2 无人机遥感测绘技术的基本特点

2.1 数据获取周期短

目前，航空遥感测绘技术与卫星遥感测绘技术已经成为地质工程测量中的核心技术。尽管这两类遥感测绘技术在地质工程测量中发挥着关键作用，但也受到客观因素的干扰和影响，难以精确的获取目标点位的遥感数据信息。对于卫星遥感测绘技术来说，获取的遥感数据信息具有显著的周期性特点。而且大气层的瞬时变化会直接影响卫星反馈的遥感测绘数据。

在地质工程测量中，如果采用航空遥感测绘技术，也会在一定程度上受到气象环境变化的影响。而且航空遥感测绘飞行器的使用，还要预先向相关部门提交空域飞行申请，报备航空遥测计划方案，而这也延长了整个地质工程测量周期。但采用无人机遥感测绘技术，则可以实现低空飞行遥测，既省略了空域飞行申请环节，又减轻了气象环境变化的不利影响，改善了地质工程测量工作的水平。

2.2 数据分辨率较高

无人机遥感测绘技术的运用，为现代地质工程测量工作的有序开展提供了必要的技术支持与协助。在实际地质工程测量工作中，无人机既可以深入测绘测量区域进行低空遥测，又可以携带微型化、高分辨率、连测式的摄像传感器，为测绘测量技术人员提供高分辨率的影像资料，满足各种比例尺条件下的地质工程测量需求。

2.3 安全系数较高

对于地质工程测量工作来说，往往会遇到各种复杂的地理环境和自然环境，甚至是需要进入危险系数较高的灾区开展测绘测量。而无人机遥感测绘技术，可以有效弥补传统测绘测量技术的缺陷，在保证测绘测量技术人员人身安全的条件下，增强地质工程测量工作的时效性、安全性与精确性。

2.4 受影响程度小，操作方便

无人机体积小，重量轻，设备微型化程度高，机动性强，操作方便快捷。尤为关键的是，无人机遥感测绘系统可以减轻气象环境变化的干扰程度。在现代地质工程测量中，合理应用无人机遥感测绘技术，可以获取完整精确的测绘测量数据。

2.5 无人机集成化程度高

正是因为无人机遥感测绘技术的集成化程度较高，所以完全能够实现地质工程自动化测量。采用无人机遥感测绘技术，既可以提高测绘测量工作效率，又可以加强测绘测量结果的精准性。再者，无人机遥感测绘技术还可以避免人为操作失误问题，提升地质工程的测量水平[2]。

3 无人机遥感技术在现代地质工程测量中的作用

3.1 实现数字化地质工程建设目标

地质工程管理作业中，数字化地质工程建设是非常重要的环节，同时也是目前工作面临的难点。若想实现数字化地质工程建设目标，提高地质工程测量水平是非常必要的。不过传统的测量技术存在较多问题，地质工程测量效率偏低。而使用无人机遥感技术后，则可对传统测量技术存在问题加以解决，弥补传统测量中存在的不足，确保信息数据采集和处理的快速性、齐全性。

3.2 环境治理与监测

地质工程开展中，为提高作业质量，需要在原有工作基础上融入绿色发展目标，构建绿色工程体系。为此，在开展地质工程测量活动时，除要加大对专业工作的重视力度外，还应注重环境治理和实时监测，但传统技术很难保证这两项工作的同时推进，需要利用无人机遥感技术。以矿区地质测量为例，在工作开展中应先对矿区展开定性分析，之后利用无人机遥感技术，获取全面数据资料，开展分析工作，通过获取数据资料了解矿区具体情况，分析开采中可能出现的环境污染问题，并给出专业评估报告，为后续治理和监测提供支持。

3.3 资源保护与利用

地质工程资源均属于不可再生资源，为实现该类资源的科学保护和利用，在地质工程测量时，需要做到科学把控，获取精准测量数据，选择合适的开发技术，实现资源的有效保护和利用。这时无人机遥感技术发挥较大作用，可对区域地质特征及资源分布情况予以全面了解，帮助作业人员第一时间掌握现场情况，再结合现有规范要求，制定科学的开采方案，满足资源保护和利用要求。同时，通过无人机遥感技术还能够了解地质结构特征，标注危险区域，为开采工作提供安全保障。再者，对于无证开采的企业，应用无人机遥感技术，可以全面监控地质工程开采的具体情况，并针对部分违章开矿的行为予以严厉处罚，保证地质工程企业的规范开采。

4 无人机遥感测绘技术在地质工程测量中的应用

4.1 项目简介

某矿区地质工程测量，测量范围约456平方千米，测区由于靠近山脉，呈现东西高、中间低的特征，最低点海拔在159.5m左右，最高点在1157.7m，相对高差为500m。测量区域内居民结构呈分散状特征，测量工作遇到诸多问题，增加了测量工作的复杂性。鉴于此，为提高测量作业效率，获取精准测量数据，需采用无人机遥感技术开展地质工程测量作业，利用该技术的高分辨率及快速影像处理功能，降低测量难度，保障测量作业的有效性与可靠性[3-6]。

4.2 技术路线

先收集和整理测区相关数据资料，之后结合无人机遥感技术的作用特征，编制完善的测量计划和方案，对无人机行走线路实施规划处理。凭借30天测量工作，获取地质影响资料，绘制比例在1:1000的地形图，为矿区检查及勘测作业开展提供可靠依据。

4.2.1 无人机及数码相机选择

结合本项目特征选择固定翼UV-Ⅱ无人机，机身安装数码相机以SonyRX1RII高端相机为主。相机像素为4240万，最高分辨率可达到7952×5304，机身重量约1.5kg。

4.2.2 技术参数

由于测量区域的地形地表差异较小，所以在开展无人机航摄时，应做好分区处理。无人机飞行路线可直接按照由西向东的顺序加以布设；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。

4.2.3 飞行质量控制及补重摄

在无人机遥感测量中，无人机自身飞行稳定性会直接影响到拍摄影像的质量。所以在测量工作中，需要注重无人机质量的科学把控：将无人机上下飞行速度控制在每秒10m以内，减少上下变动产生颠簸带来的影响；转弯坡度控制在20度左右，以免信号失锁；边界区域拍摄覆盖率要求在像幅二成以上；飞行航线的要求与设计重叠度一致；同一航线内相邻像片高度差不得超过30m距离，整体高度差范围要控制在50m以内；最大旋片角像片数量要在总数的4%以内。对于因无人机质量控制不佳导致的影像不清晰问题，需要重新拍摄；对于局部缺陷，如云影等，或相对漏洞，则需予以补摄，补摄航线长度需要比漏洞长出一条基线。

4.3 影像处理

利用无人机遥感技术获取的影像数据需要按照顺序要求逐一实行检查和处理。首先，检查和分析数字影像，确保其质量符合标准，找出其中存在的异常数据和重叠数据，加以处理和优化；其次，展开像控点及基础控制点、高程的检查与校准，误差值控制在0.1m以内；最后实施畸形影像的校准和纠正处理。在该环节内，先确定需要纠正的影像数据，了解主点偏移或畸变情况，之后采取有效措施和方案开展纠正作业，保障影像数据的质量。先要建立DOM影像，利用DEM模型完成单张航片的扫描和处理，再借助专业的纠正软件，对失真影像数据加以科学处理，提高影像质量；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，再开始几何纠正，借助ERDAS软件将地面控制点坐标和高程数据提取出来，使像片精度达标。

5 无人机影像成图精度

5.1 数字正射影像图质量

该项目中地质工程测量主要以丘陵山地为主，高低起伏变化较大，为保证测量的精准度，在使用无人机遥感技术时需对无人机的飞行高度、速度加以科学管控，有效控制无人机飞行质量，提高影像清晰度和真实度。同时通过飞行质量科学控制，防止出现数据覆盖、重叠等问题，保证数字正射影像图的拍摄效果。分析数字正射影像处理后的成图质量，在对相邻正射影像实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。

5.2 成图质量

在测量工作结束后，作业人员利用检测区控制点对区外开展测量工作，根据所得数据对成套质量予以精准分析。野外踩点共设置256个，通过对这些踩点数据的收集、整理，与成图后图中显示的量取数据展开对比分析，找出存在的误差值，再根据标准规范要求，判断合理性与否，确定成图质量。在测量及分析作业中，内业加密点、地物点、内页加密高程点、内业高程注记点与测量野外点存在的误差值分别为0.88m、1.01m、0.70m、0.79m。