无人机低空遥感在矿山测量中的应用

李 洁，侯威震

（河南测绘职业学院 遥感工程系，河南 郑州 450000）

随着现代信息化智能技术的创新发展，无人机因机体小、使用灵活以及具有航拍、通信、监测等高科技功能，被广泛应用于农业、工业、气象、军事、影视等行业，而无人驾驶飞行技术、遥控程控技术、遥感传感技术、通信技术、GDP差分定位技术等先进遥感技术是当前无人机低空遥感的核心技术组成[1]，能够快速有效地获取土地、空间环境及其他资源的遥感信息，在矿山测量方面有其他技术不可媲美的优势，能有效提高测量工作效率，获得了广阔的应用前景。

1 无人机低空遥感工作原理

无人机低空遥感是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵不载人飞机，装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备，在地面、舰艇上或母机遥控站的人员利用雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输[2]。无人机低空遥感在执行矿山测量任务时，地面遥控站人员通过接收由无人机数据链系统处理的无人机拍摄画面以及其他数据信息，通过配套的实时差分定位（RTK）设备和系统为矿山测量提供参考依据。

2 无人机低空遥感在矿山测量中的功能优势分析

2.1 技术成本低、操作灵活、安全系数高

传统矿山测量投入的人力和物力成本巨大，但无人机低空遥感在工作时安装的摄影器材、控制设备及驱动能源等成本较低，且很少受外界因素影响，产生的损耗或者破坏相对较小，因此成本也得以降低[3]。

由于有些矿区环境非常恶劣、危险重重，通过传统人力进行勘测具有巨大的生命危险，加上矿区测量范围小，效率比较低，而采用无人机低空遥感技术进行全面调查监测，在有效避开阴雨或雾霾等气象因素干扰的情况下，可以达到其他设备不能达到的效果，投入成本显著降低，工作效果明显提升[4]。

2.2 监测精准度高，数据获取周期短

无人机属于低空飞行器，执行任务时一般可以在1 000 m内对地形进行近景测量，甚至可以将测量数据精确到厘米[5]。在矿区勘探现场，一些特定目标，如尾矿库、高山密林、地质灾害等重要位置，可以通过高分辨率数码相机及相关设备获取厘米级别的高分辨率影像数据，为多种比例矿区地形测绘方案的制定提供了可靠的参考依据，提高了相关工作的质量和效果。

2.3 机动灵活性较强

当前，大部分无人机遥感系统体积不大，且所需携带的设备较轻，所以能够灵活移动，即使遇到雾霾、阴雨等天气，也不会受到较大影响，可以在短时间内得到矿山特定部位的数据，例如在监测尾矿库的过程中调查此区域的地质灾害，可以更好地凸显无人机遥感系统的优势。

2.4 自动化飞行控制

现阶段，无人机中使用的飞行控制系统可以让无人机根据浏览图像中事先确定的点位飞行，其飞行能够实现自动化控制，无需安排专门的工作人员时刻监测其飞行状态。就算电量不足也会事先自动返航，避免产生不及时传输或本体丢失等问题，所以外界因素不会对其产生过大干扰。当前，大部分矿山区域地形较为复杂，在高山密林中使用无人机可以更好地发挥其获取数据的优势，确保其采集到精准数据或分辨率较高的图像后顺利返航。

3 无人机低空遥感数据处理关键技术分析

3.1 影像畸变校正

无人机搭载的相机组合低空遥感系统，利用校正软件，在图像输入上结合相机的焦距、光学畸变参数及主点坐标等数据模型进行定向修改，如若出现失真的情况，则需要开展二次纠正工作，同时将控制点坐标和高程数据自动提取出来。校正完毕后，模型的数据不但比较完整，而且能够保障主点偏移量一直处于特定数值，让后期数据处置工作更真实可靠。

3.2 快速正射纠正

无人机低空遥感在图形处理上一改传统图形处理速度慢、精度低的困局，其高宽带数据传输和中央处理器（Central Processing Unit，CPU）的强大优势可以快速纠正无人机在飞行过程中所拍摄的一切影像，提高图形精度。通过合理使用图形处理器，可以让无人机并行处理能力大幅提升，加之其具备高带宽的数据传输优点，让后续数据的获取更加便捷。可以使用处理器将无人机飞行环节拍摄到的全部影像进行正射纠正，和以往的CPU处理器相比，处理效率显著提高。

3.3 几何纠正

在制作完数字正射影像图以后，还需要用控制点对影像进行几何纠正，直到其拟合进度与0.3 mm以下的绘图要求相符。采用矿区控制点的精度又关系到几何纠正的质量，而低空遥感技术的几何纠正精确度很高，能够满足矿区各种比例尺影像图的要求，其质量与高程平面控制点的合适度有关。运用几何纠正可以获得与高程数据需求相符的平面控制点，达到绘制矿区中比例尺影像图的要求，为后期开采矿产资源提供可靠的数据支撑。

3.4 正射影像拼接自动化

为了确保测区数据的完整性，在正射影像纠正后还需要进行测绘区域范围内的正射影像拼接工作。目前，无人机低空遥感的拍摄设备可以对测区的正射影像进行自动拼接，对大范围矿区和地质灾害隐患高风险区域可以进行全区域的监测和记录，保证区域范围影像数据的完整性。值得注意的是，在观测与检查正射影像的过程中，需要尽可能确保点位精准、色调协调，同时需要将其和规定的平面图质量要求进行比较，确认其与绘图要求一致后，方可运用相应数据。

4 无人机低空遥感技术在矿山测量中的应用

4.1 在数字矿山建设中的应用

通过利用计算机3D建模系统对遥感影像、控制点数据、各矿山图件及数字高程模型等数据建立数字矿山管理软件系统、相关数据分析处理系统等，可实现矿山的数字化和智能化管理，特别是对矿山环境监测、矿山动态资源监测、尾矿库安全监测等。传统测量技术获取基础信息周期长、技术投入成本高，陈旧的坐标和系统影响了测量精确度，而无人机低空遥感测绘技术操作灵活方便，可以有效、快速获取建设数字矿山所需的各种电子数据。

4.2 矿山环境的治理监察

矿山开发会造成不同程度的环境破坏和污染，对老旧矿山进行恢复建设和环境治理是矿山管理的重要内容，但旧矿区山体滑坡等地质灾害隐患大、地势环境恶劣等严重制约了矿山管理工作的开展。无人机低空遥感技术通过低空传感设备和技术快速获取矿山中的激光点云数据、雷达数据、真彩色数据、多光谱数据等遥感数据信息，通过传感设备回收后，经计算机相关软件处理可以得出矿山全面真实的动态图像数据，提高矿山管理工作的有效真实参考率。

4.3 矿区地质灾害的预警

矿区由于开采的破坏容易发生山体滑坡、矿井塌陷等地质灾害，利用无人机遥感影像可以实时动态监控矿区的地形地貌变化情况，并通过影像绘制精准的地形图，为矿区安全管理部门及时提供地形图像和相关变化数据。通过无人机低空遥感技术，矿区中的采空区、易塌陷区、矿柱等容易发生地质灾害的区域可以得到实时监控，及时为生产部门提供有效预警信息，确保矿山测量和开采的安全。使用无人机遥感影像飞行或影像图，通过合理规划与设计，不仅可以采集到此矿区的实际影像，获得准确的地形图，还可以对特殊地区地形变化进行监控，运用计算机模拟系统对矿区开采的发展动态实施预测。

4.4 矿产资源保护与监测

“十八大”以来，生态环境保护已成为国家重要工作内容，国家大力打击对矿山资源的私采、盗采、过度开发等违法行为，无人机低空遥感技术在矿产资源保护和监测中发挥了作用。因为大部分矿区都处于山地中，无人机能够根据事先制定的线路飞行，保证飞行质量，进而将矿产的探测工作落实到位，若出现违法开采、破坏生态环境等行为，就能马上采取措施。利用无人机音频系统、摄像功能，在执法人员无法深入现场对矿区进行执法勘查时，让执法人员查看指定点的实时视频，并通过卫星接收传播系统将现场图像直接传输到总部和防指挥中心，让执法人员全面了解矿区破坏情况，最大限度地保证矿区保护的准确、及时、科学。

5 应用无人机低空遥感注意事项

（1）在应用无人机低空遥感的过程中，操作技术人员必须熟练掌握无人机的操作流程，对无人机续航、摄像遇到的突发状况等进行全面分析，确保无人机能被科学地操控，在有限的运行时间内发挥最大的作用，保证其尽可能在现场使用完毕后安全返回，减少无人机因故障问题折损的现象。（2）操作人员远程操控无人机工作，应通过无人机传输的信息制定最优矿山测量方案，提高测量工作效率，降低无人机续航消耗。（3）及时设定信号接收装置，将无人机空中摄录时因受一定范围限制而影响远端传输的不良影响降至最低，确保终端能够准确接收信息，为总指挥台设备开展图像测绘、云射等工作提供可靠的参考依据。（4）做好无人机低空遥感应用工作总结，对无人机低空遥感应用技术继续深入研究。操作人员应根据无人机低空遥感返回的信息并结合相关工作实践进行总结，提升技术应用的科学合理性，为后续提高精准性和创新工作提供参考，保障无人机低空遥感技术的先进性。

6 结语

作为高科技产物，无人机低空遥感技术在4D产品生产、小范围测区基础数据快速获取、大批量图像连接方面有其他技术不可比拟的功能优势，其机体小巧、操作简单和成本较低，通过操作人员的科学规范操作使用，无人机搭载不同种类的传感器对矿山资源进行高精度的测量和监管，为相关矿产企业或国家部门提供动态实时精准数据信息，有效提高了矿山测量和监管的工作效率。