無人機攝影測量在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

魏桂花

（甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊，甘肅 天水 741000）

無人機是一種遠程可控的不載人飛行器設(shè)備，可借助計算機程控系統(tǒng)或無線電遙控技術(shù)安排飛行設(shè)備的行進路線，具有使用成本低、執(zhí)行結(jié)構(gòu)相對簡單的應(yīng)用特點，對于較為危險的飛行任務(wù)來說，無人機控制策略的出現(xiàn)，不但能夠較好保障相關(guān)參與人員的生命安全，也可最大程度上降低飛行任務(wù)的可執(zhí)行性能力。

在面對突發(fā)性事件時，由于各級監(jiān)測設(shè)備的存在，飛行人員可在較遠處對無人機設(shè)備的飛行狀態(tài)進行控制，并在周圍環(huán)境中進行初步的應(yīng)急預(yù)警[1]。在地質(zhì)勘查任務(wù)過程中，無人機攝影測量技術(shù)始終以無人機飛行器設(shè)備作為控制操作平臺，在光學(xué)相機、磁測儀、紅外掃描儀等多個設(shè)備元件的支持下，飛行器主機能夠在短時間內(nèi)獲得大量的地質(zhì)信息，并可借助計算機軟件，對這些信息參量進行深度處理，從而制作生成全新的地質(zhì)勘查圖像。在實際應(yīng)用過程中，由于地形、地貌等外界因素的影響，無人機地質(zhì)航拍手段的應(yīng)用可行性總是會受到諸多限制，為解決此問題，提出一種新型的無人機攝影測量技術(shù)，并針對其在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用能力展開如下研究。

1 地質(zhì)勘查中的無人機攝影測量技術(shù)

無人機攝影測量技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用由三維地質(zhì)模型建立、地質(zhì)勘查測量點選取、攝影測量圖像處理三部分共同組成，具體研究方法如下。

1.1 三維地質(zhì)模型

在地質(zhì)勘查工作的實施過程中，運用無人機攝影測量技術(shù)不但能夠充分發(fā)揮出無人機飛行器設(shè)備的可行性優(yōu)勢，也可使得地質(zhì)節(jié)點得到全方位的測量與篩查，從而獲得準確的礦山信息查詢結(jié)果。為滿足地質(zhì)勘查工作的實際應(yīng)用需求，無人機飛行器必須具備360°無死角轉(zhuǎn)換的能力，在進行多角度拍攝時，一方面保障不同地質(zhì)節(jié)點的查找與篩選需求，另一方面使得礦山地質(zhì)的測量需求得到較好滿足。在三維地質(zhì)模型的支持下，無人機飛行器能夠完整拍攝到礦山地質(zhì)的全部地貌特征，且可在保障畫面清晰度與完整度的基礎(chǔ)上，獲得更多的礦山地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)信息，并將其存儲于相關(guān)飛行器設(shè)備主機之中[2]。由于Severlyt技術(shù)的存在，經(jīng)過無人機攝影測量技術(shù)處理后的拍攝畫面可巧妙拼接在一起，且隨著所勘察到地質(zhì)信息量的增大，測量主機中就可以形成一個具有三維變化能力的地質(zhì)模型。隨著三維地質(zhì)模型的應(yīng)用，施工人員不再需要對礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境進行測量，且隨著所測量數(shù)據(jù)信息的不斷補充，測量主機中更是會直接顯示出立體無人機攝影圖像的表現(xiàn)形式。在地質(zhì)勘查任務(wù)中，三維地質(zhì)模型不但能夠減少施工單位在人力與物力資源方面的投入，也可最大化保障礦山測繪工作的實施精度與實施效率，從而使得無人機攝影測量技術(shù)的應(yīng)用潛能得到充分激發(fā)。

1.2 地質(zhì)勘查測量點選取

在三維地質(zhì)模型的支持下，準確選擇地質(zhì)勘查的實時測量點，可在一定程度上避免無人機航拍誤差的出現(xiàn)，大大增強了攝影測量技術(shù)在地質(zhì)圖像復(fù)原方面的應(yīng)用可行性。在利用無人機攝影測量技術(shù)進行地質(zhì)勘查工作時，首先應(yīng)根據(jù)測量點所處位置，進行礦山區(qū)域的劃分；其次應(yīng)借助三維地質(zhì)模型，對所復(fù)原地質(zhì)圖像的實用性能力進行篩查；最后應(yīng)將無人機飛行器再次放置于相同的勘察區(qū)域中，對所獲得測量信息的應(yīng)用可行性進行核實[3]。對于相關(guān)施工單位來說，在三維地質(zhì)模型的支持下，選取可靠的地質(zhì)勘查測量點，不但能夠保障礦區(qū)地質(zhì)圖像的復(fù)原真實性，也可在一定程度上，確定特殊測量點所處的實際位置，并將這些特征節(jié)點作為首要勘察目標，以便于后續(xù)無人機攝影測量方案的再次實施。為核查地質(zhì)勘查測量點的選取有效性，應(yīng)利用三維地質(zhì)模型對無人機的行進路線進行安排，并在地質(zhì)圖像復(fù)原過程中，注重選取三維攝影信息，并以此為基礎(chǔ)，對現(xiàn)有圖像進行校準與核實。

1.3 攝影測量圖像處理

在實施地質(zhì)勘查工作之前，不但要準確選取測量點所處位置，還應(yīng)對無人機設(shè)備的飛行能力進行反復(fù)檢查，并做好相應(yīng)的調(diào)整與配合工作，從而使得無人機攝影測量的應(yīng)用需求得到較好滿足。

為收集大量的無人機航測數(shù)據(jù)，應(yīng)避免攝像頭松動問題的出現(xiàn)，在執(zhí)行飛行器行進人為的同時，對機體設(shè)備進行多次加固[4]。由于外界干擾因素的存在，無人機攝影測量的勘察結(jié)構(gòu)極易受到影響，從而使得最終的地質(zhì)圖像復(fù)原結(jié)果出現(xiàn)偏差。

為解決上述問題，應(yīng)從多角度對所獲得攝影測量圖像進行處理，一方面獲得較為理想的地質(zhì)圖像復(fù)原效果，另一方面也可實現(xiàn)對三維地質(zhì)模型的應(yīng)用與處理。

大多數(shù)情況下，無人機攝影測量圖像都保持3D模型的存在新式，與傳統(tǒng)2D模型相比，3D模型的立體性更強，能夠真實復(fù)原地質(zhì)圖像的表現(xiàn)形式，并為施工單位指明后期施工的具體操作方向，從而大幅提升礦山地質(zhì)勘查工作的施工精度。

2 實驗分析與討論

在同一礦區(qū)環(huán)境中，分別應(yīng)用無人機攝影測量與傳統(tǒng)航拍手段對區(qū)域地質(zhì)情況進行勘察，其中前者作為實驗組、后者作為對照組。

為便于實驗數(shù)據(jù)的收集與處理，在勘察過程中，將所有實驗數(shù)據(jù)全部用于復(fù)原同一地質(zhì)圖像。USW系數(shù)能夠反映攝影測量數(shù)據(jù)在地質(zhì)圖像復(fù)原過程中的應(yīng)用準確性，在礦區(qū)地域環(huán)境中，USW系數(shù)值越大，攝影測量數(shù)據(jù)在地質(zhì)圖像復(fù)原過程中的應(yīng)用準確性也就越強，下表記錄了實驗組、對照組USW系數(shù)指標的實際數(shù)值水平。

分析表1可知，隨著實驗時間的延長，實驗組USW系數(shù)值一直延續(xù)著接連上升的變化趨勢，但后期階段的上升幅度明顯小于前期階段；對照組USW系數(shù)值則在短暫的穩(wěn)定形勢后，開始不斷的下降變化。實驗組極大值76.1%與對照組極大值41.5%相比，上升了34.6%。

表1 USW系數(shù)值對比

綜上可知，無人機攝影測量技術(shù)的應(yīng)用可促進USW系數(shù)值水平的不斷提升，這在一定程度上實現(xiàn)了對于地質(zhì)圖像的準確復(fù)原，突出說明了該項測量技術(shù)的應(yīng)用可行性。

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)航拍手段相比，無人機攝影測量技術(shù)可借助三維地質(zhì)模型，對地質(zhì)勘查測量點所處位置進行準確篩查，并可通過攝影測量圖像二次處理的方式，實現(xiàn)對地質(zhì)圖像的準確復(fù)原。

無人機傾斜攝影在處理數(shù)據(jù)和多角度攝像等方面都具有很突出的效果，促進在很大程度上提高了工作精度，而且節(jié)約了成本投入，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。針對礦山物各個面向的采光和日照以及可視域分析等方面的應(yīng)急處理，提供最科學(xué)合理的解決方案。從無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用于礦山測繪的優(yōu)勢可以看出，無人機傾斜攝影測量技術(shù)是以后測繪服務(wù)城市規(guī)劃管理發(fā)展的主流方向。未來相關(guān)施工單位，將以此項應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，加大力度開展地質(zhì)勘查工作，在探究無人機飛行能力的同時，建立更加可行的礦山施工探查方案。