无人机技术在地质找矿中的应用研究

韦 莉

（甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050）

遥感技术是地质和找矿重要应用的技术资源之一，已经广泛应用于地质和找矿工作，并且取得了显著的成效。通过无人机技术能获取范围广泛、符合研究需要的分辨率、波段、季节的遥感影像数据，这样可以弥补传统野外地质找矿得到研究资料不足的情况。这两种地质找矿方法相比，同一研究区域的遥感地质找矿，更具有优势，不但耗费的成本少，而且客观性强，耗时少。

文章以实现研究区某铜矿床及其他矿产资源潜力评价，圈定成矿带为核心目标，利用低空遥感技术，通过获取研究区无人机影像资料进行遥感成矿地质信息提取，圈出成矿有利区，为该矿区后续勘查工作提供可用信息并指导找矿路径。

1 主要技术方法

1.1 技术方法

首先将收集到的卫星遥感影像进行预处理，包括几何配准和统一参考系，利用光谱异常信息，进行遥感成矿地质信息提取，圈定矿化蚀变异常区和确定地质勘测靶区；接着对收集到的地质岩性数据、物探资料、矿产资料进行处理，包括栅格化配准和统一参考系等，并与无人机获取的高分辨率遥感影像（0.2 m）进行融合，最后结合实地勘查、成矿理论等多元资料，进行研究区构造、地层解译，获得研究区遥感地质地层解译结果图，初步圈定出成矿带，分析成矿有利的因素，并对最终解译成果进行验证，为矿区找矿提供资料与技术支撑。技术路线图如图1 所示。

图1 技术路线图

1.2 数据处理

数据拼接：为了更方便地管理和使用数据，把收集到的数字线划数据拼接起来。

几何配准：把从不同单位收集到的不同格式的数据资料进行统一的预处理，即把收集到的栅格数据进行几何配准，使数据资料格式统一、空间分辨率保持一致，以便后期研究需要时更好地与遥感数据融合。

统一参考系：我国1 ∶5 万比例尺成图采用高斯-克吕格投影，地理坐标是2 000 国家大地坐标系，为了使投影后长度变形尽可能的小，按6°经差将我国区域自西向东划分为若干个投影带。不同来源的数据参考坐标不一样，所以通过投影变换使所有数据的参考系统一，以便后期更好的使用数据。

1.3 遥感综合研究

遥感信息技术具有多种地物信息相互影响的综合性特征，一方面要充分考虑各种复杂的地质特征的多样性；同时要详细分析和识别各种地物的物理特性。基于遥感信息技术的以上特征，可以在找矿工程中充分体现该技术的地物信息综合性、多波段、多维立体性和定位特点，是目前地质工程找矿中常用的重要技术手段。

近年来，学者应用遥感地质理论进行金属矿产勘查预测，并深入研究遥感地质解译方法，基于遥感信息优势之一宏观性获得矿区的地质构造和岩性信息；基于遥感信息的精确性与微观性，能够直接提取矿化蚀变遥感异常信息，将这些信息与收集到的多元信息，如地质、构造、化探、物探等信息进行综合分析，可以较准确地圈定成矿远景预测区，甚至勘探靶区。

首先利用获取的卫星遥感影像提取与成矿控矿有关的各种地质信息，从而找出地质勘探靶区；再利用低空遥感技术对靶区进行无人机航飞，采集分辨率高的航空遥感影像图，参考地质勘探人员实地勘探工作和成矿理论，从而判断出成矿带。

1.4 无人机航空地球物理找矿在我国的发展

现有航空地球物理找矿系统，都采用飞速快的装有高精度磁测传感器与多道伽玛能谱晶体的大飞机进行普通找矿，应用到的原理是寻找与磁性相关的铁、铜等金属矿床与放射性矿床，生成的都是中、小比例尺成矿图。这种找矿系统的优点是找矿效率高，易于发现一些大型矿床；缺点是找矿时容易漏掉大部分中心型矿床，大飞机的飞行成本很高，需要专门机场、跑道与维护检修，并且需要找矿部门与民航协商与协作，另外矿产资源都在山区，地形条件复杂、气候恶劣，容易发生安全事故。

近年来，我国的低空遥感技术得到了快速发展。学者采用有效载荷15～20 kg 的无人机，在河北滦县、山东蓬莱进行航测找矿，生成低空大比例航磁找矿图，找矿效果评价良好。这种找矿技术优点明显，无需跑道，适应山区各种复杂的气候地质条件，并且成本相对低，取得了不错的找矿业绩。

专家在中国地质调查局的某次遥感地质找矿会议上表示，充分结合遥感技术、传统地质学信息和现代信息技术，发挥低空遥感技术在地质找矿领域的优势引领作用，在基础地质、土地调查、环境灾害和矿产调查等方面开展扎实有效的调查研究，在遥感地质找矿领域取得新的突破。

1.5 利用无人机获取高分辨率影像原理

1.5.1 无人机获取高分辨率影像

文章采用搭载高分辨率数码相机或高光谱传感器的无人机对靶区进行低空拍摄，获取航测精度为0.2 m 分辨率的大比例尺航空遥感影像图，得到研究需要的大比例尺地理信息数据，这种技术方法的优势是精度高、获取速度快又便捷。

通过地面控制系统对无人机进行一系列设计，包括航线设计、拍摄间距设计以及拍摄相片的重叠度设计，无人机升空后，操作人员远程遥控无人机进行低空数据的采集，主要是通过地面控制系统发送“开始/终止拍摄”指令，指令通过双向通讯电台传至无人机飞控系统核心——自动驾驶仪内，自动驾驶仪发送相应的开关脉冲信号给相机开关部件，从而获取高分辨率低空遥感数据。

1.5.2 无人机数据处理

（1）将利用低空遥感技术获取的高分辨率无人机遥感数据，导入到专业的数字摄影测量系统中，利用前期生产的空三加密成果数据，得到立体像对，设置对应的参数，生成单个表面模型DSM。无人机影像数据制作流程图详见图2。

图2 无人机影像数据制作流程图

（2）高质量的数字表面模型即DSM 的获取：首先设置不同的参数，得到了不同的DSM 即数字表面模型，这些模型中，有些保留了山体、有些剔除了房屋、有些提取了水系，然后在综合考虑各个不同特征数字表面模型的优点的基础上，融合所有的DSM，得到测区精度较高的数字表面模型DSM。

（3）利用软件自动剔除数字表面模型上的人工建筑物、林地等的高程信息，使数据之严格切准地表面，生成满足精度要求的高质量的单个数字高程模型DEM，最后由软件自动拼接所有的单个DEM 数据，得到测区高质量的数字高程模型数据。

（4）两数字高程模型（DEM）接边没有出现缝隙情况，两数字高程模型间相邻行（列）格网点平面坐标连续且符合格网间距要求，同时高程地形图连续且满足地形平滑连接的总体要求，即使地形出现跳变，也和测区地貌特征一致。采用数字高程模型对原始影像进行正射校正处理，应用双线性内插或三次卷积内插法进行像元重采样，像元大小设置为0.2 m。

（5）首先使用工具OrthoMosai 反复修改原始影像色彩直到效果满意，接着把调整后的参考影像再次导入到影像处理系统中，对正射影像即DOM 进行全自动处理，使DOM 的色彩均匀，处理后的数字正射影像清晰，色彩及色调均匀，没有出现漏洞、花纹等现象。

（6）遥感专业软件利用数字表面模型DSM 和数字高程模型DEM 自动判断地物优化生成镶嵌线，同时图幅与图幅之间自然镶嵌，无缝拼接，使所有地物要素都清晰可见。

（7）按照项目研究要求对生成的数字正射影像DOM 进行分幅裁切，DOM 成果数据边缘处地物清晰可见，且镶嵌处的地物也没有出现扭曲和模糊的现象。

1.6 无人机获取数据的技术特点

1.6.1 机动便捷的操作能力

在无人机技术发展迅速的今天，在各种场景使用中其机动便捷的特点尤为突出，能够满足低空飞行和各种复杂气象条件下的数据采集，操作方便、运输便利、反应迅速，也可使用车载系统至数据监测区附件设立数据采集站，可进行云下飞行。

1.6.2 高分辨率图像和高精度定位数据获取能力

由于无人机的机动和便捷，在结合数据采集设备的高分辨率和较高精度的定位功能，使得其在数据采集过程中更加具有优势，皆可选择搭载不同波段的传感器例如全色波段、单波段、多波段等进行多角度的影像数据采集。传感器系统本身也可将采集到的数据进行快速处理，以便应用分析和与其他数据源的快速融合处理。

1.6.3 搭载多设备的应用拓展能力

由于搭载设备的多样性和机动灵活性，使得无人机具备更多的应用拓展能力。根据不同传感设备的特性将其应用于不同的生产用途，满足不同用途遥感影像数据的采集。例如多光谱成像仪、热成像仪和高光谱成像仪的使用用途截然不同。

1.6.4 设备较低的运营成本，便利的系统维护

无人机和其系统设备的构建费用比较低，在各项工程使用中可以节约成本，降低工程造价。其维护费用、运营成本、和操作成本远远低于载人机系统。

2 地质勘探靶区确定及影像数据地质解译和矿化带圈定

2.1 勘探预测区确定

文章通过遥感进行地质解译，首先利用卫星影像图从宏观上进行各类与成矿控矿有关构造的解译。矿化蚀变岩石的光谱波段与其周围的别的岩石不一样，形成了异常光谱。可以根据这些异常光谱，圈定矿化蚀变异常区和确定地质勘探靶区；在对重点区域采用低空遥感技术获取的高分辨率遥感影像，以进行细部研究，从而找出勘探预测区。

2.2 遥感图像解译及矿化带圈定

采用低空遥感技术对靶区进行无人机航飞，通过一系列的内业处理，得到分辨率为0.2 m 的正射遥感影像DOM，并对其进行遥感地质解译，结合矿区的实地勘查及区域物探异常等资料的综合处理与分析，获得研究区遥感地质地层解译结果图，初步圈定出成矿带，为矿区找矿提供资料与技术支撑。

3 结论

遥感技术由于其技术优势综合、经济、高效等被地质工作者广泛应用，成为一种新的找矿实践手段。文章通过对低空遥感技术获取的高分辨率影像进行地质解译，再结合区域物探异常资料进行成矿带的圈定，这种技术方法可以从宏观上解析控矿条件，并以点带面的进行地质填图工作，可以大大提高工作效率，减少外业工作量。并为研究矿区下一步找矿工作提供资料和信息技术支撑。