無人機(jī)測繪技術(shù)在復(fù)雜地形區(qū)礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用研究

王廣

（廣東省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊，廣東 珠海 519000）

一般的地形復(fù)雜區(qū)域難以詳細(xì)勘察礦產(chǎn)資源，為保證能夠最大限度地利用礦產(chǎn)資源，使用無人機(jī)對該類區(qū)域進(jìn)行礦產(chǎn)資源勘查，因此對無人機(jī)測繪技術(shù)在復(fù)雜地形區(qū)礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用進(jìn)行研究。首先需要分析無人機(jī)測繪技術(shù)在復(fù)雜地形區(qū)礦產(chǎn)資源勘查中的優(yōu)勢，明確無人機(jī)測繪技術(shù)的重要性。然后對無人機(jī)測繪技術(shù)進(jìn)行研究，了解無人機(jī)測繪技術(shù)的工作流程，制定合理的操作要點(diǎn)和注意事項。最后對無人機(jī)測繪技術(shù)在復(fù)雜地形區(qū)礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用方法進(jìn)行研究。在測繪工程中使用無人機(jī)，能夠極大地增強(qiáng)勘查工作的靈活性和快速反應(yīng)能力，不但無需大量人員進(jìn)入勘察區(qū)域，有效地降低了成本，而且測量精度也非常高。因此無人機(jī)測繪技術(shù)正逐步對航空和航天遙感系統(tǒng)的漏洞進(jìn)行補(bǔ)充，在小范圍精密遙感領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。而且使用無人機(jī)測繪技術(shù)，在獲取復(fù)雜地形區(qū)的空間數(shù)據(jù)以及提高遙感的精度和效率方面具備相當(dāng)重要的作用。在本文的研究中，首先需要明確無人機(jī)測繪技術(shù)在復(fù)雜地形區(qū)礦產(chǎn)資源勘查中的優(yōu)勢，分析無人機(jī)遙感系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。然后具體對無人機(jī)測繪技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計無人機(jī)測繪技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查中操作流程規(guī)范，制定一個詳細(xì)的操作步驟。最后，對開采前與竣工后的無人機(jī)測繪技術(shù)在復(fù)雜地形區(qū)礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用進(jìn)行分析[1]。

1 無人機(jī)測繪技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查中的重要性分析

由于我國工業(yè)的日益發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的需求正在與日俱增，這也使得我國的礦產(chǎn)資源越來越少，越來越珍貴，對于礦產(chǎn)資源的開采與管理也越來越重視。礦產(chǎn)資源勘查工作本就十分復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工勘查技術(shù)缺陷十分明顯，不僅耗費(fèi)人力，準(zhǔn)確度也不高，在復(fù)雜的地形區(qū)內(nèi)無法施展。而在無人機(jī)測繪技術(shù)被應(yīng)用在礦產(chǎn)資源勘查工作之后，對礦山的遙感調(diào)查與監(jiān)測就變得十分簡單。無人機(jī)測繪技術(shù)既可以完美地實(shí)現(xiàn)空中監(jiān)視，精確地對地形復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行礦產(chǎn)資源的勘查，也能夠在無需抵達(dá)目標(biāo)區(qū)的前提下就實(shí)現(xiàn)對于礦山開發(fā)的監(jiān)管，打擊違規(guī)開采活動。無人機(jī)測繪技術(shù)在復(fù)雜地形區(qū)礦產(chǎn)資源勘查中的優(yōu)勢十分明顯，具體如下文所述。

第一，由于無人機(jī)遙感系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕，因此無人機(jī)測繪技術(shù)在復(fù)雜地形區(qū)礦產(chǎn)資源勘查中具備極大的機(jī)動靈活性。大多數(shù)的無人機(jī)遙感系統(tǒng)都能輕易避開云雨、霧靄的干擾，既能夠嚴(yán)格執(zhí)行工作任務(wù)，也能夠在特殊地形下不受限制地根據(jù)指令進(jìn)行探查工作。在低空遙感領(lǐng)域，無人機(jī)遙感系統(tǒng)具備其他人工或機(jī)械設(shè)備所不具備的優(yōu)勢。且在情況緊急的時刻，無人機(jī)遙感系統(tǒng)也比傳統(tǒng)的勘查技術(shù)更加便利，無需召集人手，只要后方操控人員坐在指揮中心，就能夠操縱無人機(jī)隨時待命，靈活行動，在礦區(qū)內(nèi)發(fā)揮自身的優(yōu)勢進(jìn)行礦產(chǎn)資源的勘察[2]。第二，相較于航空和航天遙感系統(tǒng)，無人機(jī)遙感系統(tǒng)由于飛行高度較低，因此所拍攝的鏡頭影像十分清晰，不會出現(xiàn)航空和航天遙感的圖像難以辨別的問題。而且大多數(shù)無人機(jī)遙感系統(tǒng)都會發(fā)揮優(yōu)勢，盡可能地裝載分辨率更高的攝像頭，以便能夠及時將影像數(shù)據(jù)清晰地傳遞回來，使復(fù)雜地形區(qū)內(nèi)的地圖影像一目了然。第三，無人機(jī)遙感系統(tǒng)通常都會配備精密度極高的飛行控制系統(tǒng)，并附帶自動化操控程序，使無人機(jī)無須時刻被工作人員操縱就能夠跟隨預(yù)定的程序自己工作。無人機(jī)通常會按照工作前預(yù)設(shè)的程序，自行在飛行范圍內(nèi)勘察測量，并將所觀測到的影像數(shù)據(jù)以傳感器的方式傳遞回指揮中心，使工作人員無需親臨現(xiàn)場就能夠更清晰地了解地形復(fù)雜地區(qū)的礦產(chǎn)資源情況。

2 無人機(jī)測繪技術(shù)研究

無人機(jī)測繪技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查中的主要操作流程如下圖所示。

圖1 無人機(jī)測繪技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查中操作流程

如上圖所述，在使用無人機(jī)測繪技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)資源勘查的過程中，需要首先收集整理勘察區(qū)域的地理信息資料，詳細(xì)分析任務(wù)目標(biāo)，以確定礦產(chǎn)資源勘查的所需工具和平臺[3]。然后根據(jù)這些以確定的地質(zhì)氣象資料，計算推斷出適合無人機(jī)運(yùn)行的日期，并根據(jù)以往礦產(chǎn)資源勘查工作的相關(guān)資料，進(jìn)行綜合的評價與分析。

第二步需要選擇合適的起飛場所。無人機(jī)的飛行平臺應(yīng)選擇安全、無人、空曠的地方，以最大程度地保證無人機(jī)操控人員以及工作人員的安全，以及無人機(jī)本身能夠順利起飛和落地。減少無人機(jī)出現(xiàn)事故的幾率。

第三步需要設(shè)計一個合理的勘察方案。無人機(jī)內(nèi)部沒有駕駛員或者外部操縱人員，因此在無人機(jī)內(nèi)部必須設(shè)置一個優(yōu)秀的飛行程序，以確定無人機(jī)的飛行路線、減少無人機(jī)飛行時間。充分考慮飛行效率低的問題，使飛行路線能夠全方位地覆蓋整個地形復(fù)雜區(qū)域，并能夠拍攝到足夠的遙感測繪數(shù)據(jù)。在這中間需要計算好飛行高度并選擇適當(dāng)?shù)姆直媛剩缓笥嬎阌跋駭?shù)據(jù)與基準(zhǔn)面的重疊度，設(shè)置最大分辨率。在只考慮徑向畸變差的前提下，可以得到如下多項式。

其中，k1、k2、k3表示徑向畸變差系數(shù)；(x,y)一般對應(yīng)像素坐標(biāo)；r表示像素點(diǎn)的向徑；(Δx,Δy)表示攝像機(jī)畸變差在(x,y)上的改正數(shù)。通過以上方程計算單向覆蓋飛行參數(shù)，使得攝像機(jī)能夠完美地拍攝下地面的影像數(shù)據(jù)。

第四步需要設(shè)置一個完善的飛行控制系統(tǒng)，在無人機(jī)起飛和落地前都需要進(jìn)行充分的檢查，確定空速、風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、風(fēng)門、供電系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，確定GPS定位系統(tǒng)安全運(yùn)行，檢查飛行操控遙控器能夠確實(shí)的操控?zé)o人機(jī)，最后檢查鏡頭的曝光率，保證攝像機(jī)能夠正常拍攝圖像。

第五步需要檢查拍攝好的影像資料的完整性，保證每一幅影像都拍攝清晰。最后將拍攝好的影像上傳數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行統(tǒng)計整理，并得到礦產(chǎn)資源勘查的結(jié)果分析。

3 無人機(jī)測繪技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用研究

3.1 開采前無人機(jī)測繪技術(shù)應(yīng)用研究

無人機(jī)測繪技術(shù)在礦產(chǎn)資源的前期的勘察與開采規(guī)劃中就具備著重要的作用。在礦山礦產(chǎn)資源勘查的過程中，通過聯(lián)合CAD繪圖功能，將勘測到的礦山周邊景物和地理信息全部錄入到計算機(jī)中，再進(jìn)行綜合整理，形成一個完整的勘查量繪流程，并根據(jù)測量攝影得到的數(shù)據(jù)勾畫出復(fù)雜地形區(qū)的三維景圖。比起二維的礦產(chǎn)資源地圖，三維遠(yuǎn)景圖更加直觀，能夠使礦產(chǎn)開采方更好地確定礦產(chǎn)開采時的施工方案。對比各種施工方案對于當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)環(huán)境的影響，最終確定對環(huán)境影響最小、消耗最少的施工方案。無人機(jī)測繪技術(shù)所能收集到的高精度的影像資料，還能夠極大地優(yōu)化礦山區(qū)域的地質(zhì)特征，提升其與周邊城市建設(shè)的適應(yīng)性，增加其真實(shí)性。

無人機(jī)測繪技術(shù)還能夠準(zhǔn)確地推算出礦山區(qū)域各個基準(zhǔn)面的采光和日照時間，通過對山峰之間日照時長的計算，量化模擬山與山之間距離的指標(biāo)規(guī)劃，并適當(dāng)調(diào)整礦山之間的物理間距結(jié)構(gòu)，對計算機(jī)內(nèi)部的三維模型進(jìn)行指標(biāo)定量分析和計算。另外，無人機(jī)測繪技術(shù)還能夠通過將礦山內(nèi)部視野與外部視野的關(guān)系進(jìn)行輕微調(diào)整，尋找傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源勘技術(shù)查不到的視野盲區(qū)，進(jìn)行可視域的分析。并在三維模型的基礎(chǔ)上對當(dāng)?shù)氐V山勘查區(qū)域內(nèi)山峰高度及超出城市限高的礦山群落進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行城市天際線分析。這些操作都能夠在施工團(tuán)隊對礦產(chǎn)資源進(jìn)行開采時提高開采過程中的質(zhì)量。

3.2 竣工驗(yàn)收后無人機(jī)測繪技術(shù)應(yīng)用研究

在礦山竣工驗(yàn)收的過程中，無人機(jī)測繪技術(shù)能夠幫助施工人員快速且高效地獲得礦山的景象，將圖像傳導(dǎo)進(jìn)計算機(jī)內(nèi)部通過三維模型直觀地表現(xiàn)出來，可以根據(jù)數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)等相關(guān)軟件對礦山周邊區(qū)域的整體環(huán)境進(jìn)行精確地判斷，對礦山開采的高度、開采位置、礦物的區(qū)位分布以及竣工后的地理水文環(huán)境進(jìn)行分析，并以此做出配套的后續(xù)規(guī)劃。

4 結(jié)束語

本文論述了無人機(jī)測繪技術(shù)在復(fù)雜地形區(qū)域礦產(chǎn)資源勘查中的重要性，又對無人機(jī)測繪技術(shù)的操作流程以及技術(shù)重點(diǎn)進(jìn)行了分析，并詳細(xì)闡述無人機(jī)測繪技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用研究。使用了無人機(jī)測繪技術(shù)能夠極大地促進(jìn)我國礦產(chǎn)資源勘查工作的精確度，提高礦產(chǎn)資源勘查的作用對我國礦產(chǎn)開采具有重要的意義，并在一定程度上推動了我國的工業(yè)發(fā)展。