基于无人机低空遥感技术的矿山地形图测绘研究

矿山开采工作对国家的资源获取和经济发展具有不可替代的意义，因此，虽然开采行为本身也是在一定程度上破坏自然，但是在客观的发展需求下，绝大部分国家依然在对矿山进行适度开采，并为此开发完善了一系列技术，在不影响国家经济发展与资源获取的情况下，所有人都在尽可能将矿山开采带来的不良影响降到最低，由此也就衍生出了有关矿山开采的安全问题与环境问题，而这两个问题的解决都和矿山开采过程中的精度息息相关。我国虽然地大物博且资源丰富，但是庞大的人口基数带来了同样惊人的资源消耗，因此在国家境内进行小幅度采集很难满足国家经济发展与科技研发对开采物资的需求，但大规模采集又会带来环境和山体强度等方面的诸多问题，为此，无人机测绘技术被应用到矿山开采前的山地图形测绘中，随后矿山地形图测绘中的无人机技术被锁定在低空遥感技术方面，在必要的情况下运用高精度倾斜摄影对拍摄工作进行辅助，这是为了通过提升地形图的精准度的方式降低开采中对山体的破坏程度和机械设备运作产生的一系列污染，避免矿山由于精度较低的开采受到不必要损伤，这也是加强我国矿山开采是也得可持续发展能力、保证我国的经济发展能力与可持续理念的应用延续的策略之一

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1 无人机航测技术的基本原理

无人机技术是机器人技术发展中的成果之一，其相关的交叉领域还包括图像处理技术、定位技术、数据传输与转化技术、网络技术、摄录技术等，只有将这些技术结合在一起，才能实现无人机对地面地形的准确记录与地形图生成，才能实现低空遥感技术的核心作用，无人机作为该工作的主体同样是技术核心。从本质上来讲，使用无人机进行低空遥感测绘就是一个以无人机为平台通过分辨航空影像得到数据并且将其转化为地形图的过程，在这一过程中，使用的技术除了无人机本身外还有实时定位技术、辅助摄录技术、航空摄影技术等，这些都是为了保证无人机的拍照清晰度与准确度，确保无人机搭载的高分辨率彩色数字摄像机能够充分发挥其作用，将数据传输到无人机控制终端中，随后在专业的数据处理平台上经过校正、镶嵌、空三加密等常规处理流程后，数据会被转化成应用数据以及地图数据。

2 无人机低空遥感技术的优势与不足

要通过无人机生成准确的矿山地形图，需要充分了解无人机低空遥感技术，包括其原理以及优势与不足，无人机侧行的原理上文已经具体论述过，针对这门技术的优越性与不足之处进行充分认识，同样有助于该技术的应用与持续改良。

2.1 无人机低空遥感技术的优势

（1）成本相对低廉。由于低空遥感技术的载体几乎全都是小型无人机，所以无论是在造价还是在使用成本、维护成本方面都比使用常规摄录直升机要低廉许多，而且无人机的体积较小、带来的危险也比较少，在使用其进行航测的时候基本不需要申请空域的使用权，且根据其飞行高度和功能性分析，无人机低空遥感技术的使用环境在国内比较宽松。

（2）数据精准度更高。通常来讲，使用低空遥感无人机的主要目的之一就是获得精准度更高的数据，以期得到误差值最低的图片，所以无人机上搭载的航测设备和GPS定位系统都比较先进，两套设备的精准度都高于平均水平，具体精准度虽然会受到高度和天气等外在因素的影响，但是在同样条件下，低空遥感无人机的摄录清晰度极高。需要注意的是，在进行数据转图像的处理时，要对星下点区域以及摄录框内的四角坐标进行正射处理，否则图像可能与真实地形之间存在比较高的误差

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（3）高质量数据获取速度更快。低空遥感无人机的技术中包括对区域性高质量数据进行快速抓取，这项能力的存在，使得低空遥感无人机不仅能够获得精准度更高的地形图，而且针对特定区域可以迅速做出高精度处理。

（4）受天气影响较小。前文已经提到过，无人机低空遥感技术飞行高度比较低，工作范围在其测量的矿山附近，高度远低于云层，所以，除非遭遇严重的恶劣天气，否则可以在绝大部分情况下正常使用。

（5）失误率更低。无论低空遥感无人机是否使用了人工智能技术，其本质上都是受程序操控的机械设备，因此只要在进行航测前设定好相应的程序并且在操作中不出现人为误差，在没有其他外力干扰的情况下基本可以确定能够得到理想的结果，不存在通过人工拍摄可能存在的失误等。

4.人工鱼巢的建造 在水库浅滩区，种植挺水植物（如芦苇），并设置人工鱼巢，可利用石块、废弃汽车轮胎、瓦砾等作材料。营造良好的水生生态环境，目的是利于鳖的栖息，以及吸引小鱼虾在此觅食、栖息，便于鳖捕捉到小鱼虾作食物。提高仿野生养殖的效果。

2.2 无人机低空遥感技术的不足

（1）事故率相对较高。凡事都是存在两面性的，低空遥感无人机的造价比较低，与此同时其质量也很难尽如人意，很多时候控制漂浮的垃圾与鸟类等都可能对无人机造成严重损伤导致信号丢失，严重情况下会直接令无人机坠落，严重影响工作进度并给使用者带来一定经济损失。

（3）对流层与乱流层风力大小对无人机影响较大。虽然无人机不需要到云层之上工作，但是根据其飞行高度的不同，会在一定程度上受到平流层和对流层的影响，如果设备的稳定性不足，很可能在混乱的空气流动中剧烈抖动，严重影响到航测的稳定性。

刚来到英国，就被英国所吸引，这里的建筑风格，人文历史与国内大不相同。一路上，老师不停地为我们讲解英国的知识，我们收获了许多。

（2）造价较低的无人机拍摄能力有限。同样是无人机，但是材料和使用技术的差异都会导致不同无人机之间的功能性存在差距，有些无人机不够先进，无法搭载一定程度的技术，有些无人机稳定性不足，搭载过于昂贵的摄录设备可能造成不必要损失，这些都导致了一些低空无人机的摄影精度不高，不能完全实现使用目标

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(二)针对村干部任职及离任专项责任审计工作一定要做到认真对待，不符合职责范围而滥用职权，破坏党和村民利益的村干部坚决不能放任，针对问题应及时上报，追究其责任，对于没有经济等方面过错得村干部，方可允许继续工作、调任及参加下一届村干部选举。总之，就是针对村务公开制度应该坚定不移的坚持发展，财务审计人员应及时对村干部进行审计，起到对村干部工作监督作用，遏制村干部腐败现象，这从另一方面来看，村务公开，村财务监督等是民心所向，利于村干部与村民的沟通交流，解放思想，解决不必要的麻烦，促进农村的稳定建设发展。

除了对信息进行采集外，最重要的就是信息处理，只有经过正确处理的信息才有价值，而其下属的子系统主要由三个，分别是遥感相片处理系统。空中三角测量系统以及数字化立体测量系统。

宣传范围受限，推广力度偏小。“体育舞蹈圈”公众号最大的优势在于它是官方行业协会唯一指定与授权的体育舞蹈等级组合教学资源分享平台，但是由于协会要求其功能异于官方微信公众号的原因，因而在宣传上受到局限。

（5）数据与地形图之间的转化成本更高。正射技术在无人机低空遥感航测中非常重要，由于设备和测量方式等多种因素的影响，低空遥感无人机的设备需要经过专业化处理才能使用，正射技术正是重要的手段之一，而该处理的花费较高，提升了低空遥感无人机矿山测绘工作的成本。

（6）立体像数据的使用价值低。虽然从理论上来讲，通过低空遥感无人机获得数据可以转化出立体图像，但是在大部分无人机摄像的摄像头都无法实现横向移动，而且缺乏精准坐标参考的情况下，立体数据的使用只能在理论上达成，实际上很难实现，也正是因此，才有了增加低空遥感无人机体量并在上面加装高精度倾斜摄像机的做法，从而发挥其优势，将数据通过正射技术转化成立体性更强的测绘图。

3 无人机低空遥感技术在矿山地形图应用中的数据处理

在对矿山进行俯瞰摄录的时候，主要的技术难题集中在无人机的设计与数据处理方面，至于无人机的升空与操作等都属于比较基础的内容，不需要多做赘述，因此接下来就无人机在矿山测绘中的数据处理问题进行剖析。

3.1 无人机低空遥感技术信息采集系统的组成

图 5所示为秸秆炭的扫描电镜照片，其中图5a和图5b分别为成型温度200 ℃和300 ℃、CMC添加量为20%样品的SEM图。由图可知，秸秆炭表面均存在着管状结构，成型温度为300 ℃时秸秆炭内部结构更为紧密，表面的孔相对较多。图5c和图5d分别为CMC添加量为10%和30%、成型温度为250 ℃的SEM图。由图可知，添加量为30%的样品暴露的管状孔道堵塞比较严重，可见孔很少，而 CMC添加量为 10%的样品存在较多的孔，这说明CMC用量的增加，会使得材料比表面积减小，导致脱臭性能的下降。

3.2 无人机低空遥感技术信息处理系统的组成

（4）使用单反摄像的无人机数据承载能力较低。由于大部分低空遥感直升机的造价和设计问题，其搭载的航测设备都是单反相机，也并不是所有无人机都具备远程数据传输功能，不具备这一功能的无人机单次承载能力有限，如果需要进行测绘的矿山面积较大，可能无法一次性完成。

（3）无人机低空遥感技术中的数字化立体测量系统。使用无人机进行低空遥感摄录的过程中，通过数字化手段将平面数据立体化是很重要的步骤，其中需要用到的包括软件和硬件两个系统，软件系统根据无人机型号以及具体要求的不同有所不同，硬件方面通常包括三维鼠标以及具有针对性的专用立体观测设备

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（2）无人机低空遥感技术中的空中三角测量系统。低空遥感无人机在摄录过程中的路线不能随时更改而是事先设定好的，通过运用整理好的航带列表，能够对航线之间的相互关系进行有效确定，内定向影像，通过有效布设不同影像之间的连接点，有效量测像控点等，能够对三维立体模型进行勾选构建，同时进行有效定向模型，产生精准的核线影像。

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（1）无人机低空遥感技术中的相片处理系统。顾名思义，相片处理系统针对的是低空遥感无人机拍摄到的图像数据，将这些数据作为原始文件进行一定程度的修改处理后，如果消除了全部畸变痕迹，并进行必要的预处理和拼接加工后，就可以在进行整理和检查后直接使用。

遥感技术在信息采集中非常好用，尤其适合中小型无人机搭载，根据其需要实现的功能划分，低空遥感无人机上的信息采集系统通常被划分成三个部分：地面观测系统、飞行控制系统和平台遥感系统。

3.3 无人机低空遥感数据的主要特点

低空遥感技术的应用是这类无人机和普通航测的主要区别，从其数据特点分析的话，两者的特征差别主要表现在四个方面：第一，低空遥感无人机的特性决定了其搭载的摄像机一般都不会是非常专业的测量型数码相机而是单反相机，所以在航摄领域无人机这方面处于劣势，画面经常处于抖动与畸形状态，开展空中三角测量前如果不进行原始矫正是无法得到正常影像的；第二，在航摄过程中要充分考虑到航摄漏洞的存在，通过窄幅放大的方式提升数据质量；第三，低空遥感无人机的稳定性等能力相对较弱，在乱流下很容易偏离既定方位，及时大方向没有偏离但摄像头一定会抖动，从而影响数据采集的准确性；第四，在不添加高清晰倾斜摄像头的情况下，采用单一摄像头的低空遥感无人机的立体图像采集能力远不如普通航测飞行旗，所以必须通过增加摄像头等辅助设备或者后期特殊处理的方式弥补这一问题。但整体性来看，传统航测和低空遥感无人机航测的数据采集等流程基本没有差别。

3.4 低空遥感无人机矿山地形图航测具体处理流程与工具

上文对低空遥感无人机的信息采集与信息处理系统的组成进行了相对笼统的论述，接下来要具体分析的是在矿山地形图测绘过程使用的数据设备与操作流程。从无人机低空遥感技术的工作流程和内容来看，可以将其划分为航测外业和航测内业两大部分，两者分别是数据采集和数据转化的全过程，前者包括对矿山周围环境的调查、监控点的设立、拍摄路线的制定以及低空遥感拍摄的全过程，后者包括收集整理监控数据、建立项目并对数据做初始化处理、点云和纹理处理、DSM处理、数据的正射处理、数据数字化转化、图片生成与编辑以及最终的质量审核与应用。无人机低空遥感工作中的航测外业常用硬件包括大疆精灵4Pro无人机、苹果min4平板电脑，处理数据的软件通常是DJIGSPro。在具体工作过程中，在勘察现场要根据实际情况布设像控点并确定无人机升降位置及航线，随后使用DJIGSPro划定航摄区域，系统自动规划航线，实现全自动航点飞行和自动返航作业。

2)评估指标配置：配置每个诊断对象的评估指标集及权重分配、诊断评估算法和反映诊断对象状态的诊断评估数据源，即确定诊断的计算模型和输入参数，解决如何诊断的问题。

航测内业的数据处理软件采用Pix4Dmapper。Pix4Dmapper将空三计算、平差计算与正射校正和影像镶嵌等算法进行封装，提供统一的数据输入接口，后台自动计算将结果输出。具体工作分为三步：首先，新建项目并获取参数；其次，获取航测拍摄内容与监控点资料；最后，对数据进行正射处理，随后进行点云及纹理及正射影像（DOM）生成。上述内容完成后，利用GlobalMapper软件将DOMDXF转化成矢量文件和TIF图像文件，在CASS中对DOM数字化和对DSM数据处理，得到生成矿区地形图。

4 信息时代矿山航测中无人机低空遥感技术的信息数据服务工作落实

随着信息技术的不断发展，当今的矿山地形图测绘工作早已完全脱落人力的桎梏，采用无人机运用不同的方式获得矿山地形的数据，然后经过专业软件的转化得到需要的数据，这个过程中最重要的元素除了无人机和摄录设备的性能之外，还包括数据转换技术及信息数据服务工作，否则即使能够获取的有用的数据信息也很难将其应用到实际开采活动中。对数据的处理能力如何，与信息服务息息相关，因此，针对数据处理工作进行规划设计是必须的，要充分考虑到其中的服务性，通过信息服务能力提升，保障数据转化效果。要实现数据服务理念，就要从两个角度入手，一方面重视服务中的与时俱进精神，不能始终以同样的态度和方法解决变化中的问题，另一方面服务人员也要熟练掌握最新的信息技术应用方式，将全新的服务能力与服务理念结合在一起，形成全新的数据服务体系。

4.1 通过数据输出与数据库管理工作提升

使用低空遥感无人机进行航测之后，要进行数据处理才能得到能够使用的地形图，而良好的信息化服务正是数据处理的基础，为了提升信息化服务的能力从而保证信息的准确性和可用性，加强数据管理和信息检索能力是必须的，这方面的工作可以从这两方面落实：第一，在完成所有数据解析与输出工作之后，需要将得到的数据以地形图的形式打印出来，在这个过程中，要充分考虑到图片的可用性，无论是清晰度还是排版样式等都要根据实际情况做出调整，同时，要将所有使用过的数据以及转化得到的结果妥善保存方便日后使用，避免不必要的成本支出；第二，对于数据库和数据传输、解析行为都要进行妥善管理，确保工作人员不出现低级错误且能够对工作内容进行保密，对无人机低空遥感技术下的矿山地形图测绘数据进行严格管理有利于提升数据的准确度，而且还能够最大程度保障数据的安全性。

4.2 无人机低空遥感技术中的地形图质量检测

无人机航测本身会受到多重因素的干扰，其中低空遥感无人机由于飞行高度原因，虽然不受除极其恶劣天气之外的普通气候影响，但是会被平流层混乱的气流带动，所以很多数据和画面会和真实情况有所偏差，即使经过了专业人员使用软件进行修复也不排除其中存在一定误差，这个时候就需要通过特定方法检测地形图与实际地形的符合程度，如果误差过大就需要重新拍摄且调整方法，虽然受到环境影响，摄录得到的数据即使经过还原也不可能和实物完全一致，但需要确保误差率小于一定数值才有使用价值。在检查地形图质量之前通常都会先用无人机进行实验，比如针对规模不同的矿山进行多次高度相同的航测，对相同矿山进行高度不同的航测，通过多次航测数据得到平均值并尽量消除误差，使用GPS技术获取真实数据并在DOM上获取平面坐标，结合DSM上的高程坐标，得到三者综合后的、误差最低的数据，保障矿山开采中地形图的质量，通常来讲，在测绘比例尺为1∶2000的地图的时候能够做到将误差控制在0.8cm以下就达到了标准要求，误差低于这个数值的测量数据被视为有效数据。

5 结语

综上所述，在矿山开采前利用无人机低空遥感技术进行地形图测绘是很有必要的行为，这样的做法具有成本低廉、测量清晰等优点，无论是从后续开采的安全性考虑，还是从矿山开采总支出的角度考虑，都是具备广阔前景的测绘方法。低空遥感无人机在测绘矿山地形图的时候表现出了极高的精准度，为矿山开采的精确度与安全指数提升提供了巨大助力。不仅如此，如果在低空遥感无人机上安装安装多个倾斜摄像机，还能够全方位提升所绘制图像的立体化程度，让矿山地形测绘工作取得更好的效果。总之，从当前的理论研究和实践应用角度看来看，无人机低空遥感技术可以称之为矿山测绘中最重要的地形图绘制手段，且其实用性随着地形复杂程度的提升而提升。

[1]韩召阳,韩磊．无人机遥感技术在矿山修复工程中的应用研究进展[J]．河南科技,2021,40(21)：62-66．

[2]王昆,杨鹏,吕文生,等．无人机遥感在矿业领域应用现状及发展态势[J]．工程科学学报,2020,42(09)：1085-1095．

[3]王美琪,杨建英,孙永康,等．废弃矿山植被覆盖度无人机遥感快速提取技术[J]．中国水土保持科学,2020,18(02)：130-139．

[4]徐庆方．矿山地质环境保护与治理恢复中无人机遥感技术的应用实践[J]．冶金与材料,2019,39(03)：91+93．