探討礦山地質(zhì)勘查中無人機(jī)航拍測繪技術(shù)的應(yīng)用

程慧珺

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽 宿州 234000）

無人機(jī)航拍技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，使其在礦山地質(zhì)勘查工作中的地位不斷提升。利用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)航拍測繪，有效提高測繪圖像的精度，同時，測繪操作更加簡單，測繪成像的清晰度也逐漸提高。當(dāng)前，無人機(jī)航拍測繪技術(shù)已經(jīng)成為礦山工作當(dāng)中一種十分重要的技術(shù)，通過該技術(shù)對更多礦山信息資源進(jìn)行采集和利用，從而更加全面的了解礦山地質(zhì)特征，并進(jìn)一步為礦山作業(yè)人員提供安全保障[1]。同時，在無人機(jī)航拍測繪技術(shù)中，融合了三維激光掃描和攝影測量等技術(shù)手段，不僅能夠利用外置數(shù)碼照片與點(diǎn)云擬合綜合編錄，同時還能夠利用無人機(jī)拍攝的攝影相片進(jìn)行識別和計(jì)算，以此進(jìn)一步提高測繪資源的利用價值。為了實(shí)現(xiàn)無人機(jī)航拍測繪技術(shù)在礦山地質(zhì)勘查中應(yīng)用效果的綜合分析，開展下述研究。

1 礦山地質(zhì)勘查中無人機(jī)航拍測繪技術(shù)的應(yīng)用

1.1 構(gòu)建礦山地質(zhì)三維數(shù)據(jù)模型

在勘查礦山地質(zhì)時，通過無人機(jī)航拍測繪技術(shù)構(gòu)建礦山地質(zhì)的三維數(shù)據(jù)模型。在建模時，將各個位置上的點(diǎn)云坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，針對被勘查的礦山地質(zhì)區(qū)域，在遵循細(xì)致性、色彩信息連續(xù)性的基礎(chǔ)上，將各個離散的點(diǎn)云坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行連接，進(jìn)而組成一個連續(xù)的面。在生成面構(gòu)網(wǎng)的過程中，既可以構(gòu)建一個規(guī)則的矩形網(wǎng)格，同時也可以根據(jù)被勘查礦山地質(zhì)的特點(diǎn)，構(gòu)建不規(guī)則的三角網(wǎng)格，圖1為兩種類型下礦山地質(zhì)三維數(shù)據(jù)模型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 兩種類型下礦山三維數(shù)據(jù)模型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中（a）表示為規(guī)則矩形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；（b）表示為不規(guī)則三角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。圖1中（X0Y0）表示為模型的起始點(diǎn)點(diǎn)云坐標(biāo)；DY表示為模型水平方向坐標(biāo)軸；DX表示為模型垂直方向坐標(biāo)軸；Xi和Yi表示為某一坐標(biāo)在三維模型當(dāng)中的橫軸坐標(biāo)或縱軸坐標(biāo)；Pij表示為重點(diǎn)點(diǎn)云坐標(biāo)。在生成礦山地質(zhì)三維模型時，其格式分為DTM、DEM以及DOM三種。

其中，第一種礦山地質(zhì)三維模型，通過數(shù)字形式代表實(shí)際礦山地形特征的空間分布情況，其應(yīng)用到遙感領(lǐng)域中，有效實(shí)現(xiàn)遙感資料的獲取和展示。第二種礦山地質(zhì)三維模型又被稱之為數(shù)字高程模型，該模型有效實(shí)現(xiàn)展示礦山勘查中地表起伏形態(tài)特征，并自動生成柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集合[2,3]。第三種礦山地質(zhì)三維模型為礦山地質(zhì)的正射影像模型，其與前兩種模型相比，信息表達(dá)更加豐富，并且更加真實(shí)和直觀。在進(jìn)行礦山地質(zhì)勘查的過程中，針對勘查的不同需求，按照上述三種類型，對礦山地質(zhì)三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行構(gòu)建。

1.2 確定無人機(jī)航拍航線

完成對礦山地質(zhì)三維數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建后，為了進(jìn)一步提高測繪精度，需要確定無人機(jī)的航拍線路。在對無人機(jī)航拍航線設(shè)計(jì)時，合理選擇測繪時間和航線，分階段完成無人機(jī)的測繪工作。

首先，針對無人機(jī)航拍測繪區(qū)域必須確保其與機(jī)場之間的距離在10km以上；無人機(jī)的起降位置應(yīng)當(dāng)選擇在相對平坦的區(qū)域，并且保證其周圍沒有明顯的巖塊、土坎等突起結(jié)構(gòu)，同時為了進(jìn)一步提高無人機(jī)航拍的視野面積，選擇在植被相對稀少的區(qū)域進(jìn)行測繪；最后，無人機(jī)的飛行航線必須在保證民航、軍方等許可的情況下使用，完成無人機(jī)飛行任務(wù)的單位以及勘查人員必須具備相應(yīng)的無人機(jī)飛行資質(zhì)。

在對無人機(jī)的航拍航線進(jìn)行確定時，根據(jù)不同機(jī)型的結(jié)構(gòu)、續(xù)航時間以及勘查任務(wù)，選擇的航線規(guī)劃類型包括：柵格化航線、圍繞興趣點(diǎn)環(huán)型航線以及二者組合型航線。其中，第一種航線可應(yīng)用在礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)起伏不大的情況，這種條件下的柵格航線高度通常不會發(fā)生改變，因此，有效節(jié)省份額性能耗。針對地勢相對復(fù)雜、地形變化較大的區(qū)域，采用圍繞興趣點(diǎn)環(huán)型航線或二者組合型航線進(jìn)行設(shè)置。首先利用柵格型航線確定正射航拍位置，并再將礦山地質(zhì)勘查目標(biāo)作為中心點(diǎn)，展開環(huán)繞式的傾斜測量，以此將兩種航線相結(jié)合，獲取到更加融合的數(shù)碼相片，便于后續(xù)在信息編錄時，獲取更加細(xì)致的影響測繪數(shù)據(jù)。

1.3 礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)快速輔助勘查信息編錄

按照上述操作，在獲取到足夠的礦山地質(zhì)勘查測繪數(shù)據(jù)后，為了實(shí)現(xiàn)對勘查信息資源的合理利用，完成礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)快速輔助勘查信息編錄。

首先，結(jié)合上述構(gòu)建的礦山地質(zhì)三維數(shù)據(jù)模型，將地質(zhì)勘查模型當(dāng)中三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與彩色信息進(jìn)行耦合匹配。并提取III級和IV級地質(zhì)的結(jié)構(gòu)面。為了能夠更加真實(shí)地體現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)空間的發(fā)育分布狀態(tài)，利用無人機(jī)航拍測繪圖像按照標(biāo)記-耦合-提取的操作流程實(shí)現(xiàn)測繪。在對勘查位置的點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描時，利用空間多義線對勘查區(qū)域出露跡線進(jìn)行描述，并對出露的結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀在測繪圖像上進(jìn)行直接測量，通過等比例放大的方式，確定在實(shí)際礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，該產(chǎn)狀的實(shí)際結(jié)構(gòu)的參數(shù)[4]。同時，在礦山地質(zhì)勘查結(jié)構(gòu)發(fā)育、出露清晰的條件下，利用測繪圖像直接識別。其次，利用測繪圖像標(biāo)記位置與三維點(diǎn)云耦合匹配后，點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)面識別和提取的方式實(shí)現(xiàn)對礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)快速輔助勘查信息編錄。由于通過無人機(jī)測繪得到的圖像具有更高的分辨率，因此，礦山地質(zhì)中的細(xì)小結(jié)構(gòu)同樣能夠在測繪圖像當(dāng)中清晰展現(xiàn)。在編錄的過程中，直接在小結(jié)構(gòu)面上對其各個參數(shù)信息進(jìn)行解釋，并利用畫圖工具在測繪圖像上利用不同顏色的線條描出結(jié)構(gòu)面出露跡線，并直接將測繪圖像存儲，完成對勘查信息的編錄。

2 應(yīng)用效果分析

為了驗(yàn)證無人機(jī)航拍測繪技術(shù)在礦山地質(zhì)勘查工作中的真實(shí)應(yīng)用效果，本文選擇將某地區(qū)正在進(jìn)行礦山地質(zhì)勘查工作的礦山作為依托，通過引入測繪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對其礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)各參數(shù)信息的獲取。

在應(yīng)用過程中，選擇將該技術(shù)生成的測繪圖像分辨率作為評價指標(biāo)。測繪圖像分辨率越高，說明測繪的清晰度越高，獲取到的礦山地質(zhì)勘查信息越真實(shí)，反之同理。選擇利用K LAB OPTIZEN POP型號紫外分光光度計(jì)分辨率測量裝置，測量獲取到的測繪圖像分辨率，并記錄裝置上現(xiàn)實(shí)的結(jié)果，繪制成表1所示。

表1 測繪圖像分辨率測量結(jié)果記錄表

從表1記錄的測繪圖像分辨率測量結(jié)果可以看出，在應(yīng)用無人機(jī)航拍測繪技術(shù)后，五個不同區(qū)域的測繪圖像分辨率均超過了礦山地質(zhì)勘查規(guī)定的1024×800ppi分辨率精度要求。因此，通過應(yīng)用實(shí)例進(jìn)一步證明，引入無人機(jī)航拍測繪技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更加高精度的礦山地質(zhì)勘查，并為后續(xù)礦山工作的開展提供更有力的勘查資料。

3 結(jié)語

通過本文研究可知，無人機(jī)航拍測繪技術(shù)在礦山地質(zhì)勘查工作中具有很強(qiáng)的工程適用性，并且未來的應(yīng)用潛力巨大。但在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)意識到該技術(shù)仍然在不斷的發(fā)展和完善，無論是在操作、設(shè)備等方面都存在著一定的提升空間。在后續(xù)的研究中，本文針對礦山地質(zhì)勘查的實(shí)際需要，對該項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用中的方式及后期處理等進(jìn)行優(yōu)化，從而提高測繪技術(shù)在地質(zhì)勘查中的利用價值。