無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合Google Earth在礦山快速監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

廖勤欽，周 超

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊(duì)，江西 上饒 334000）

礦山資源是重要的自然資源，是社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會(huì)發(fā)展的進(jìn)步，對(duì)礦石的需求量越來(lái)越大，礦產(chǎn)開采速度越來(lái)越快。礦山無(wú)秩序無(wú)節(jié)制的開發(fā)造成礦產(chǎn)資源匱乏，礦區(qū)環(huán)境污染。而且還有非法采礦的行為，對(duì)露天植被造成嚴(yán)重破壞。如何讓有效地進(jìn)行礦山快速監(jiān)控，杜絕越界開采、非法開采的現(xiàn)象是礦產(chǎn)資源監(jiān)測(cè)工作的一項(xiàng)重點(diǎn)和難點(diǎn)。無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合Google Earth應(yīng)用于礦山檢測(cè)，能夠結(jié)合無(wú)人機(jī)速度快、分辨率高、成本低和Google Earth數(shù)據(jù)收集的全面性、細(xì)致性的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，具有事半功倍的效果。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)與Google Earth概述

（1）無(wú)人機(jī)航測(cè)基本特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合了無(wú)人機(jī)技術(shù)和數(shù)碼相機(jī)技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)的航空攝影的有力補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人攝影。無(wú)人機(jī)航測(cè)具有高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短、分辨率高、受氣候條件影響小、操作便利等優(yōu)點(diǎn)。在土地資源調(diào)查和土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮著重要作用，解決了傳統(tǒng)的衛(wèi)星和有人測(cè)繪存檔數(shù)據(jù)時(shí)效性差的難題。另外隨著不斷的飛行實(shí)踐和創(chuàng)新，技術(shù)難關(guān)不斷突破，現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)突破傳統(tǒng)航空拍攝作業(yè)精度的限制，能夠獲得未經(jīng)干擾的真實(shí)數(shù)據(jù)，達(dá)到低空0.05-0.5m高分辨率影像，為后期的制作加工提供了保障。后期團(tuán)隊(duì)通過(guò)專業(yè)的圖片數(shù)字處理，可以獲得1：500地形圖[1]。滿足了《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》規(guī)定的大比例精細(xì)圖的要求。

（2）Google Earth的功能和應(yīng)用。Google Earth是一款開發(fā)虛擬地球的軟件，可以將無(wú)人機(jī)航拍的照片分布在一個(gè)三維模型的地球上，這款軟件不僅可以自建地形，還能下載全球各地的高清晰衛(wèi)星圖片。上面提供很多高精度影響，包括中國(guó)幾乎所有的大城市、北美和歐洲各國(guó)城市等，另外油田也是Google Earth的重點(diǎn)收集對(duì)象。該軟件操控方式簡(jiǎn)單，兼容全球定位系統(tǒng)，只需輸入目的地便可查取，根據(jù)用戶的需求放大直接放大倍數(shù)，能精確的看到3D地形和建筑物[2]，并且能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，觀看360度不同的視角，提供個(gè)人儲(chǔ)存文件夾功能和高質(zhì)量的打印功能。用戶還可以導(dǎo)入自己檢測(cè)跟蹤的數(shù)據(jù)，添加自己的注釋，方面記錄和存儲(chǔ)。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合Google Earth在礦山快速監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合Google Earth在礦山快速監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用按步驟依次進(jìn)行，首先確定檢測(cè)的礦區(qū)范圍，其次進(jìn)行飛行準(zhǔn)備和飛行實(shí)施，然后將無(wú)人機(jī)航測(cè)獲得的照片進(jìn)行初步篩選、數(shù)據(jù)處理和三維建模，最后從Google Earth下載該礦區(qū)的高精度圖片，將下載數(shù)據(jù)與拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行重疊對(duì)比，建立數(shù)據(jù)對(duì)比圖，觀察山區(qū)變化，判斷是否有不合理開采的行為。還可以將自己拍攝的數(shù)據(jù)上傳，進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。礦山監(jiān)管局可根據(jù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，策劃礦山環(huán)境的治理恢復(fù)策略，通過(guò)有修坡整地、支擋、排水、土壤改良及種植綠化等恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。

（1）飛行準(zhǔn)備。在空管部門進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行備案，根據(jù)礦山的地形和測(cè)區(qū)范圍設(shè)計(jì)飛行航線、飛行高度和航拍數(shù)量，選取地面分辨率，計(jì)算相對(duì)飛行高度，選取基準(zhǔn)面、計(jì)算最小重疊度和最大的地面分辨率，確定單片覆蓋率等飛行參數(shù)，并對(duì)航線設(shè)置進(jìn)行質(zhì)量檢查，確保拍攝角度全面，拍攝地區(qū)均勻分布，能夠充分了解到礦區(qū)的全貌和細(xì)節(jié)。在要檢測(cè)的山區(qū)選擇合適的升降地點(diǎn)，選擇的地點(diǎn)需要符合無(wú)人機(jī)起飛條件，無(wú)安全障礙。

（2）飛行實(shí)施。選擇風(fēng)朗氣清的好天氣進(jìn)行無(wú)人機(jī)航測(cè)工作，起飛之前向航空管理部門通報(bào)，并對(duì)無(wú)人機(jī)的供電系統(tǒng)、旋偏糾正云臺(tái)、GPS定位和遙控器進(jìn)行檢查，批準(zhǔn)之后并檢查完畢確定無(wú)誤后即可飛行。對(duì)礦區(qū)的采場(chǎng)、礦山建筑、中轉(zhuǎn)場(chǎng)地、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)都要進(jìn)行圖新采集，根據(jù)飛行準(zhǔn)備策劃的航線進(jìn)行飛行，拍攝任務(wù)結(jié)束后獲取拍攝照片，并對(duì)照片進(jìn)行初步分析篩選，刪去重復(fù)數(shù)據(jù)和無(wú)效數(shù)據(jù)，并記錄圖像的坐標(biāo)和高度數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)后處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括對(duì)飛行質(zhì)量進(jìn)行檢查和對(duì)拍攝圖片進(jìn)行矯正處理。數(shù)據(jù)后處理包括圖像三維制作、對(duì)圖片精度進(jìn)行分析、對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)等。將篩選好的照片導(dǎo)入航空攝影測(cè)量工作站軟件，進(jìn)行鏡頭畸形校正處理，軟件可以自動(dòng)匹配相片之間的相同點(diǎn)，將Google Earth上選定的點(diǎn)導(dǎo)入航空攝影測(cè)量工作站進(jìn)行絕對(duì)定向，整網(wǎng)平差，經(jīng)DSM濾波或人工編輯得到礦區(qū)高精度數(shù)字高程模型(DEM)。并利用Smart3D三維建模處理軟件進(jìn)行三維重建和場(chǎng)景漫游的可視化分析，仿真模擬礦區(qū)的三維信息，了解礦區(qū)山體的山脊、山谷和走向的信息，使工作人員能夠?qū)崟r(shí)、直觀地對(duì)礦區(qū)進(jìn)行信息監(jiān)測(cè)，從而對(duì)礦山整體的開采情況、水土流失情況、生態(tài)環(huán)境情況、地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行確定。

（4）數(shù)據(jù)對(duì)比。在Google Earth上下載已有的該礦區(qū)的高精度圖片，將無(wú)人機(jī)航測(cè)得到的三維數(shù)據(jù)與下載的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加對(duì)比，能夠明顯觀測(cè)到礦山開采的變化程度，以及植被破壞的程度范圍。建立數(shù)據(jù)分析對(duì)比圖，掌握監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)對(duì)比圖，完成礦山快速監(jiān)測(cè)工作將自己拍攝的照片上傳到Google Earth，建立三維模型，更新豐富存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。根據(jù)得出的礦山環(huán)境開采數(shù)據(jù)得出是否有非法開采等情況，從而對(duì)非法采礦等行為進(jìn)行遏止，建立健全監(jiān)管懲罰制度，一旦發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)肅處理，保證礦山開采的權(quán)威性和制度性。另外對(duì)礦山環(huán)境污染進(jìn)行分析，總結(jié)出礦山地質(zhì)災(zāi)害情況和安全隱患，觀察是水體污染還是土壤污染，對(duì)礦山環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)治理，治理工程的治理措施主要有修坡整地、支擋、排水、土壤改良及種植綠化等。通過(guò)治理修復(fù)保證生態(tài)環(huán)境的健康，實(shí)現(xiàn)生態(tài)資源可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)航測(cè)與Google Earth結(jié)合應(yīng)用于礦山快速監(jiān)測(cè)，能夠結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，得到高精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，有利于獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與原來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而直觀清晰地觀測(cè)出礦區(qū)進(jìn)行信息監(jiān)測(cè)，對(duì)礦山整體的開采情況、水土流失情況、生態(tài)環(huán)境情況、地質(zhì)災(zāi)害等情況，該方法時(shí)間短、效率高，能切實(shí)提高礦山監(jiān)測(cè)效率和質(zhì)量，加強(qiáng)礦區(qū)監(jiān)管局的工作能力，確定礦山生態(tài)恢復(fù)策略，對(duì)我國(guó)資源有效運(yùn)用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。