無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)及其在礦山執(zhí)法中的應(yīng)用

張登波　錢玉國(guó)

（江西省測(cè)繪應(yīng)急保障服務(wù)中心　江西南昌　330209）

無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)及其在礦山執(zhí)法中的應(yīng)用

張登波錢玉國(guó)

（江西省測(cè)繪應(yīng)急保障服務(wù)中心江西南昌330209）

摘要：無(wú)人機(jī)航攝具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、影像實(shí)時(shí)傳輸、高危地區(qū)探測(cè)、成本低、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感獲取地面數(shù)據(jù)的重要補(bǔ)充手段，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。介紹利用國(guó)家地理信息應(yīng)急監(jiān)測(cè)車配備的無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)、影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)及在礦山執(zhí)法中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急監(jiān)測(cè)車；無(wú)人機(jī)；航攝系統(tǒng)；礦山執(zhí)法

無(wú)人機(jī) （UAV）航攝是航空遙感的一種重要方式，并且日益成為一項(xiàng)空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段，其具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、影像實(shí)時(shí)傳輸、高危地區(qū)探測(cè)、成本低、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感與有人飛機(jī)航攝進(jìn)行地面數(shù)據(jù)獲取的有力補(bǔ)充。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)已在國(guó)家重大測(cè)繪工程、國(guó)土資源監(jiān)測(cè)與執(zhí)法以及測(cè)繪應(yīng)急保障服務(wù)等方面發(fā)揮重大作用，并且其服務(wù)領(lǐng)域正在不斷拓寬。

利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，可以在礦山開(kāi)發(fā)狀況、礦山環(huán)境、非法開(kāi)采等多目標(biāo)遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要作用。江西是礦產(chǎn)資源十分豐富的大省，礦山盜采現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生的情況。本文重點(diǎn)介紹利用國(guó)家地理信息應(yīng)急監(jiān)測(cè)車配備的無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)，對(duì)非法開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行低空航拍，同時(shí)利用配備的無(wú)人機(jī)遙感影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（PixelGrid-UAV）快速處理出正射影像圖數(shù)據(jù)，為非法采礦區(qū)域和規(guī)模的確定提供可靠的參考依據(jù)。

1　無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)是對(duì)地面進(jìn)行拍攝，獲得高清晰影像數(shù)據(jù)，通過(guò)航攝影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行影像的分析處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面信息的調(diào)查與監(jiān)測(cè)。常用的固定翼輕型無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)主要由地面系統(tǒng)、飛行平臺(tái)、數(shù)碼遙感影像獲取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理等四部分組成。

地面系統(tǒng)包括用于運(yùn)輸輕型無(wú)人機(jī)的車輛，用于作業(yè)指揮、后勤保障的車輛等；飛行平臺(tái)包括固定翼輕型無(wú)人機(jī)、維護(hù)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等；數(shù)碼遙感影像獲取系統(tǒng)包括電源、GPS自主導(dǎo)航與航攝管理系統(tǒng)、數(shù)字航空攝影儀（數(shù)碼航空照相機(jī)）、微型穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)、控制與記錄系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括航攝線路設(shè)計(jì)、航攝檢查、空三測(cè)量、正射糾正、立體測(cè)圖等。

2　無(wú)人機(jī)航攝數(shù)據(jù)獲取與處理

2.1影像數(shù)據(jù)獲取

無(wú)人機(jī)航攝獲取影像數(shù)據(jù)主要分為任務(wù)受理、航線設(shè)計(jì)、影像獲取等環(huán)節(jié)（如圖1所示）。受理任務(wù)之后，根據(jù)所收集到的相關(guān)資料，利用航攝任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行航線設(shè)計(jì)；無(wú)人機(jī)遙感影像獲取系統(tǒng)根據(jù)規(guī)劃航線，采用GPS導(dǎo)航自主飛行，飛行航跡、高度和姿態(tài)高精度自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，獲取用戶所需的航攝資料。

2.2數(shù)據(jù)處理

無(wú)人機(jī)航攝數(shù)據(jù)處理主要利用地理信息應(yīng)急監(jiān)測(cè)車上配置的DPGrid數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，DPGrid充分應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)字影像匹配、高性能并行計(jì)算、海量存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，打破了傳統(tǒng)的攝影測(cè)量流程，實(shí)現(xiàn)了航空航天遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化快速處理和空間信息的快速獲取。數(shù)據(jù)處理流程如下圖所示：

3　無(wú)人機(jī)航攝在礦山執(zhí)法中的應(yīng)用

3.1無(wú)人機(jī)航攝礦山執(zhí)法監(jiān)測(cè)目標(biāo)

無(wú)人機(jī)航攝用于礦山執(zhí)法監(jiān)測(cè)包括下幾個(gè)方面：

（1）礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況調(diào)查：礦產(chǎn)開(kāi)采點(diǎn)位置、開(kāi)采狀態(tài)、開(kāi)采礦種、開(kāi)采方式、占地范圍與土地類型、固體廢棄物堆積范圍等；

（2）礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)引發(fā)的災(zāi)害：地面沉陷范圍、地裂縫長(zhǎng)度、塌陷坑位置、山體垮塌范圍、崩塌位置、滑坡位置、河道淤塞長(zhǎng)度位置、煤田自然范圍等；

（3）礦山生態(tài)環(huán)境信息：破壞的土地范圍、受損植被范圍、粉塵污染范圍、水體污染范圍、荒漠化范圍、土地復(fù)墾范圍及礦山環(huán)境治理效果等。

3.2應(yīng)用實(shí)例

（1）稀土礦非法開(kāi)采調(diào)查

2013年12月25日，參加龍南縣的礦山執(zhí)法。經(jīng)過(guò)兩個(gè)多小時(shí)的精心準(zhǔn)備于12點(diǎn)05分成功起飛，于14點(diǎn)50分安全降落。飛行高度海拔1364米，飛行有效面積約75平方公里，影像分辨率為0.18米。獲取的影像如圖3。

影像經(jīng)DPGrid軟件快速拼接處理后提交到省國(guó)土資源廳執(zhí)法總隊(duì)，由省國(guó)土資源廳執(zhí)法總隊(duì)會(huì)同當(dāng)?shù)氐V管部門分析及到實(shí)地查看后確定以上圖中左邊紅線內(nèi)為稀土非法處理池，右邊紅線內(nèi)為稀土非法開(kāi)采點(diǎn)，現(xiàn)兩處均為廢棄點(diǎn)。

（2）瓷土礦非法開(kāi)采調(diào)查

2014年7月8日，無(wú)人機(jī)組到撫州臨川區(qū)航攝非法瓷土礦開(kāi)采情況，該區(qū)域位于進(jìn)賢縣與臨川區(qū)交界處，福銀高速公路兩側(cè)，嚴(yán)重威脅到國(guó)家主干高速公路的安全。通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝得到影像如下圖3，從圖中可以清晰看到非法開(kāi)采區(qū)域及與高速公路的距離，能快速準(zhǔn)確量算出非法開(kāi)采面積。

4　結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在國(guó)土、礦山執(zhí)法及礦區(qū)災(zāi)害應(yīng)急救援指揮中發(fā)揮重要作用，是開(kāi)展國(guó)土礦山違法監(jiān)測(cè)工作的重要手段之一。為更大程度地發(fā)揮無(wú)人機(jī)在國(guó)土礦山執(zhí)法中的作用，推進(jìn)無(wú)人機(jī)國(guó)土礦山執(zhí)法應(yīng)急遙感監(jiān)測(cè)，必須建立并完善國(guó)土礦山無(wú)人機(jī)應(yīng)急監(jiān)測(cè)執(zhí)法系統(tǒng)，形成穩(wěn)定的執(zhí)法監(jiān)測(cè)模式。

參考文獻(xiàn)：

［1］孫曉東.無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)簡(jiǎn)介及應(yīng)用.中國(guó)科技信息，2011（16）

［2］《無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)技術(shù)要求》（CH/Z3002-2010）

［3］王志豪，劉萍.無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)大比例尺測(cè)圖實(shí)驗(yàn)分析［J］.測(cè)繪通報(bào)，2011（7）

［4］張?zhí)i，宋會(huì)傳.無(wú)人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代礦山測(cè)量中的應(yīng)用探討［J］.礦山測(cè)量，2010（3）

［5］尹杰，楊魁.基于無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)的快速處理技術(shù)研究［J］.測(cè)繪通報(bào)，2011（12）