探讨矿山地质勘查中无人机航拍测绘技术的应用

[ 作者简介 ]

陈旭，男，黑龙江鸡西人，建材广州工程勘测院有限公司，本科，研究方向：测绘工程。

[ 摘要 ]

为了能够有效提升找矿工作的质量，需要做好地质勘查工作。很多地区的地理环境十分复杂，为了能够更好地促进地质勘查效率的提升，需要利用无人机航拍测绘技术，完成比较复杂的工作任务，这样能有效提升地质测绘工作的效率。本文首先针对无人机航拍测绘技术进行阐述，然后分析航拍测绘的重点问题和关键技术，最后针对无人机航拍测绘技术的应用进行论述，旨在能够尽可能地完成矿山地质勘查工作，为找矿工作奠定基础。

[ 关键词 ]

矿山地质勘查；无人机航拍；测绘技术；航线设计

中图分类号：TD15

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.15.062

现阶段，无人机已经成为一种先进的航拍工具，通过这样的形式能够对比较复杂的地理环境进行拍摄，降低工作压力。无人机可以在任意地点起落，具有非常高的效率。而且拍摄十分便捷，能够满足快速成图的要求。特别对于矿山找矿工作来说，为了能够提升工作效率，可以利用此方法进行拍摄工作，促进工作质量的提升。

1 无人机航拍测绘技术概述

无人机航拍技术在日常的很多工作领域中都有非常广泛的应用，无论在影视剧拍摄还是临场监控工作中，都需要利用无人机航拍技术。传统的航拍工作主要是通过固定翼飞机搭载摄影师，在高空中进行拍摄，这样的拍摄工作不仅需要花费更多的成本，同时也会为摄影工作人员带来一定的危险。而且可能因为飞行员和摄影师技术的问题而造成拍摄效果不尽人意，这就需要多次重复进行拍摄，会耗费巨大的成本。无人机技术的使用能够很好地解决这个问题，通过无人机航拍能够更好地利用地面控制台来进行监视和遥控，具有非常高的安全性，而且所需要的成本也比较低。利用无人机可以更好地进行摄像头的搭载工作，利用单反相机、变焦镜头、夜视仪等设备来完成拍摄，具有非常高的拍摄精度，能够满足多种复杂任务的拍摄要求。还可以利用八轴无人机进行拍摄工作，能够配合使用高精度拍摄硬件，有效提升拍摄精度。通过网络能够实现数据的实时传输，从而由地面控制来完成多角度的拍摄工作。在无人机航怕技术的使用中，还需要结合遥感技术，同时配合使用数码光学设备，这样也能够在复杂的电磁环境下开展工作，提升测绘精度。

2 航拍测绘重点问题分析

在日常的航拍测绘工作中，需要进行一定的信息收集和数据的压缩，利用函数化运算可以更好地进行图像信息的转化，并且进行存储，这样才能够实现数字化信息的存储和利用。工作人员能够通过数据库来进行数据信息的存储和调用，这样可以提升数据信息的运用效率。通过无人机航拍进行大量图像数据信息的采集，需要具备一定的图像上传技术。利用无人机来进行图像数据信息的获取，并且通过数据传输来进行数据信息的实时传播，而且能够根据不同类型的数据进行存储，需要具有比较强的通讯能力以保证信号的畅通。此种传输模式能够实时了解无人机航拍工作中的数据，并且进行拍攝调整，进而获取最佳画面。通过图传工作进行数据流的整理，还需要对视频文件进行压缩，并且利用加密技术进行处理，确保数据的安全传输。航拍结束后，要在地面接收端进行解码工作，对数据信息进行还原。为了无人机航拍工作的顺利开展，需要确保远程遥控系统的稳定性。需要利用传感器、机载计算机以及伺服动作设备等来进行无人机的装载工作，有效保证无人机设备拍摄的姿态稳定，这样有助于控制和管理。无人机平台可以与卫星数据进行连接，为无人机进行导航，可以达到超视线飞行的水平，有助于提升无人机航拍测绘工作的质量。

3 航拍测绘关键技术

在航拍技术不断发展的今天，为了能够更好地保证地理信息的精确性，那么就需要有效进行关键技术的应用。特别是在野外拍摄，很多沟壑出现的阴影会对视觉造成影响，不利于提升航拍的精准性。传统的镜头拍摄无法满足高精度拍摄的要求，拍摄的图像资料比较粗放，无法对一些具体的细节内容进行展示。因此，需要进行多视角倾斜航拍。该技术能够从不同的角度进行拍摄，主要包括1个下视镜头和4个倾斜镜头的组合，从而能够通过5视角来进行地面拍摄。除此之外，还需要GPS系统帮助无人机获得方位数据。在日常的航拍工作中，需要对曝光参数进行设定，使其能够同时进行1张垂直向下和4张倾斜角度的影像获取，有效实现多角度的拍摄。但是拍摄工作中还存在着一定的难点，因为飞行方向的原因导致各个点之间距离不同，从而无法保证各个点之间的残差数据相统一。而且地面具有一定的杂光干扰，远景的地面采样间隔要比近景的低，从而导致地面分辨率不一致。在多重地面环境拍摄时，会出现影像重叠的问题，进而造成数据信息的大量冗余，无法确保地面精度。而且随着航拍角度的变化也会因为太阳光出现反射，造成进入摄像头中的光强不同，会导致亮度具有一定的偏差，无法保证数据统一。为了能够解决以上问题，工作人员要提升测量精度，在拍摄目标的外观、位置和高度等方面进行三维模型的构建，从而弥补缺点，提升工作质量。

4 矿山地质勘查中无人机航拍测绘技术的应用

4.1 项目任务

为了能够有效进行矿山的开采工作，提升安全生产技术，就需要做好煤矿管理工作。需要利用无人机航拍工作进行地图绘制，主要是进行比例尺为1∶2 000和1∶5 000的地图绘制，还需要生产数字正射摄像图和矿区地形地质图。那么就应该利用无人机航拍技术来进行相关数据的采集工作，这样能够提升测量进度。使用Quick eye II无人机来进行数码相机的搭载工作，并且进行一定的地面控制点布设，通过空中三角测量技术去进行误差计算。利用根源对象点位置坐标进行综合改正值，有效确定方位元素，有效实现高精度标定工作。然后对其结果进行应用，制作大比例尺地形图。

4.2 航拍系统

为了能够更好地进行区域测绘工作，需要准备无人机设备，同时需要做好飞行控制系统工作，准备数码相机，建立地面控制站。除此之外，还需要安装无线通信装置，从而实现数据的传输，并且利用地面处理设备来进行信息的处理。同时使用无人机搭载CanonEOS5DMark II高分辨率的单反相机进行拍摄，像素为5 616×3 744pixel。还需要在无人机飞行过程中进行快门定点曝光工作的控制，这样能够将对焦环固定在远处，锁定目标，同时需要进行固定光圈，这样能够确保运用相同的物镜畸变参数，确保拍摄效果。

4.3 航线设计

相关数据研究显示，需要测量的区域面积为8.91平方千米，主要是处于山间盆地，这样的地区属于中低山区。该区域中间高，而东西低，最高点海拔高度为1 185.83米，最低点海拔为900米。该区域的植被覆盖率比较高，建筑物比较少，东西长度为3 836米，南北长度为2 363米。需要根据相关的地形条件和比例要求去进行航线的设计。此次航线一共有8条，航向重叠度大于65 %，航空高度设定为1 224米，分辨率为0.18米，同时利用GPS系统进行定点曝光，每一条航线需要拍摄15张照片。

4.4 地面控制

在进行地面控制时，需要做好内业布点工作，同时需要外业人员进行一定的野外刺点。在野外控制点的设置需要根据相关拍摄规范来布点。控制点的布设工作需要在航向和旁向3片重叠范围内实施，一共设置39个平高点，所有的像片控制点都能够进行公共使用。

4.5 空三测量

在进行空中三角测量工作使用DATMatrix + ATMatrix + PATB来实施，主要是专业作为空中三角测量工作的系统，针对小数码影响来进行测量工作。可以运用比较少的地面控制点来进行外方位元素和加密点地面坐标的计算，还能够利用光束法来进行粗差检测，同时做好平差计算工作。根据平差计算结果分析我们可以知道，此次拍摄工作主要利用普通的数码相机，以无人机设备为载体在1 124m高的高空进行。通过检验校对和空中加密后，能够让最后的立体图像满足1∶2 000比例尺地形图的精度控制要求。说明无人机可以实现低空飞行的任务，还能够得到更高分辨率的影像信息，能够对小区域进行大比例尺地形图的绘制工作。不同定向的限差滿足规定要求，因为存在辨认误差而导致平面精度降低，但是不会有太大的影响。在进行拍摄时，可以提高地面分辨率，同时增加行高，这样能够做好小比例尺的地图测绘工作。

4.6 模型构建

在矿山地质勘查工作中，利用无人机航拍技术能够进行相应的数据获取，并且进行三维模型的构建。在建模工作中，通过对不同位置上的点云坐标进行数据应用，能够提升数据信息的细致性，保证色彩信息连续，对所有的离散点云坐标进行连接，从而形成连续的平面。在面构网形成时，需要形成一个规则的矩形网格，并且根据测绘区域的地质特点进行分析，从而构建不规则的三角网格，图1是矿山三维数据模型网格结构图：

图1中的（a）是一种规则的矩形网格，而（b）是不规则的三角形结构。其中的XoYo表示的是整个模型的起始点，而DY是水平方向坐标轴，DX是垂直方向坐标轴。Xi与Yi指的是横轴坐标和纵轴坐标，Pij指的是重点点云坐标。矿山地质三维模型能够利用数字的方式进行空间分布情况的展示，利用遥感资料进行数据的获取和展示。而第二种被称为数字高程模型，能够对整个矿山的起伏情况进行了解，能够形成栅格数据。第三种模型为正射影响模型，此种模型所具有的矿山信息更为全面，能够直观地进行真实信息的展示。因此，需要在具体的矿山测绘工作中，根据不同的目的进行三维模型的选择。

4.7 航线确定

在三维模型构建结束后，为了能够使得测绘精度得到进一步的提升，就需要再次进行无人机航拍工作。需要做好航线设计，从而分段完成拍摄作业。那么就需要确保测绘区域与机场相距大于10 km，从而保证飞机的飞行安全。还应该做好无人机起落地的选择，保证地面平坦。还需要保证拍摄区域没有遮挡物遮挡视线，提升拍摄效果。在航拍路线的确定工作中，应该对无人机的类型、续航时间以及工作目标等内容进行全面分析。

4.8 信息编录

在获取矿山数据之后，需要做好相关信息的有效利用，完成航拍测绘工作后，需要做好辅助勘查信息的编录工作。应该将三维模型与彩色信息进行耦合匹配，同时需要做好测绘图像的标记、耦合与提取，这样才能够展现出整个矿山地质空间分布的情况。更加需要做好点云数据的扫描工作，通过多空间的多义线的描述工作，能够对测绘图像进行直接测量，并且利用等比例放大的方法来获取实际的参数。还能够运用测绘图俩进行位置的标记工作，对三维点云进行耦合工作后，需要做好结构面的识别工作，有效实现辅助勘查信息编录。从而得到高分辨率的地形图，可以让矿山中比较微小的细节都能够以非常高的清晰度。在编录时，可以在小结构面上进行参数信息的解释，并且通过不同颜色的线进行结构面出露迹线的描绘，实现图像的存储。

5 结束语

综上所述，无人机在矿山地质勘查工作中具有非常好的实用性，能够弥补工作人员不足的问题，还能够提升拍摄精度，进行相关信息的获取，更加方便快捷。能够在大比例尺地图的绘制中获得更高的分辨率，为后期的找矿奠定基础。而且无人机具有比较长的续航时间，能够满足长时间的高空飞行和低空拍摄等工作任务，有助于航拍测绘工作的有效开展。

参考文献

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