無人機(jī)遙感在地質(zhì)工程測(cè)量中的應(yīng)用研究

丁澗峰

（安徽省地礦局311地質(zhì)隊(duì)安慶測(cè)繪技術(shù)院，安徽 安慶 246000）

無人機(jī)遙感技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新型技術(shù)，功能齊全，適合諸多領(lǐng)域發(fā)展需求，提高了作業(yè)效率。同時(shí)該技術(shù)具有操作靈活、成本低廉等特征，不僅可加快信息數(shù)據(jù)獲取速度，還能加強(qiáng)作業(yè)規(guī)劃的可靠性、可行性，對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。文章主要對(duì)該技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中的應(yīng)用展開分析與探討[1]。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)的基本概念

無人機(jī)遙感，也就是采用無人駕駛飛行器技術(shù)、遠(yuǎn)程遙感技術(shù)、衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)、移動(dòng)通訊技術(shù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)，對(duì)國(guó)土空間資源、自然環(huán)境資源以及地震災(zāi)區(qū)環(huán)境資源等涉及的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、整合、建模、處理與分析。無人機(jī)遙感系統(tǒng)具有技術(shù)操作簡(jiǎn)便、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、投資成本低等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)無人機(jī)遙感技術(shù)已經(jīng)從初期探索階段發(fā)展到推廣應(yīng)用階段。

2 無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)的基本特點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)獲取周期短

目前，航空遙感測(cè)繪技術(shù)與衛(wèi)星遙感測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)成為地質(zhì)工程測(cè)量中的核心技術(shù)。盡管這兩類遙感測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但也受到客觀因素的干擾和影響，難以精確的獲取目標(biāo)點(diǎn)位的遙感數(shù)據(jù)信息。對(duì)于衛(wèi)星遙感測(cè)繪技術(shù)來說，獲取的遙感數(shù)據(jù)信息具有顯著的周期性特點(diǎn)。而且大氣層的瞬時(shí)變化會(huì)直接影響衛(wèi)星反饋的遙感測(cè)繪數(shù)據(jù)。

在地質(zhì)工程測(cè)量中，如果采用航空遙感測(cè)繪技術(shù)，也會(huì)在一定程度上受到氣象環(huán)境變化的影響。而且航空遙感測(cè)繪飛行器的使用，還要預(yù)先向相關(guān)部門提交空域飛行申請(qǐng)，報(bào)備航空遙測(cè)計(jì)劃方案，而這也延長(zhǎng)了整個(gè)地質(zhì)工程測(cè)量周期。但采用無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)低空飛行遙測(cè)，既省略了空域飛行申請(qǐng)環(huán)節(jié)，又減輕了氣象環(huán)境變化的不利影響，改善了地質(zhì)工程測(cè)量工作的水平。

2.2 數(shù)據(jù)分辨率較高

無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)的運(yùn)用，為現(xiàn)代地質(zhì)工程測(cè)量工作的有序開展提供了必要的技術(shù)支持與協(xié)助。在實(shí)際地質(zhì)工程測(cè)量工作中，無人機(jī)既可以深入測(cè)繪測(cè)量區(qū)域進(jìn)行低空遙測(cè)，又可以攜帶微型化、高分辨率、連測(cè)式的攝像傳感器，為測(cè)繪測(cè)量技術(shù)人員提供高分辨率的影像資料，滿足各種比例尺條件下的地質(zhì)工程測(cè)量需求。

2.3 安全系數(shù)較高

對(duì)于地質(zhì)工程測(cè)量工作來說，往往會(huì)遇到各種復(fù)雜的地理環(huán)境和自然環(huán)境，甚至是需要進(jìn)入危險(xiǎn)系數(shù)較高的災(zāi)區(qū)開展測(cè)繪測(cè)量。而無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪測(cè)量技術(shù)的缺陷，在保證測(cè)繪測(cè)量技術(shù)人員人身安全的條件下，增強(qiáng)地質(zhì)工程測(cè)量工作的時(shí)效性、安全性與精確性。

2.4 受影響程度小，操作方便

無人機(jī)體積小，重量輕，設(shè)備微型化程度高，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，操作方便快捷。尤為關(guān)鍵的是，無人機(jī)遙感測(cè)繪系統(tǒng)可以減輕氣象環(huán)境變化的干擾程度。在現(xiàn)代地質(zhì)工程測(cè)量中，合理應(yīng)用無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)，可以獲取完整精確的測(cè)繪測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.5 無人機(jī)集成化程度高

正是因?yàn)闊o人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)的集成化程度較高，所以完全能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)工程自動(dòng)化測(cè)量。采用無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)，既可以提高測(cè)繪測(cè)量工作效率，又可以加強(qiáng)測(cè)繪測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性。再者，無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)還可以避免人為操作失誤問題，提升地質(zhì)工程的測(cè)量水平[2]。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)在現(xiàn)代地質(zhì)工程測(cè)量中的作用

3.1 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化地質(zhì)工程建設(shè)目標(biāo)

地質(zhì)工程管理作業(yè)中，數(shù)字化地質(zhì)工程建設(shè)是非常重要的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是目前工作面臨的難點(diǎn)。若想實(shí)現(xiàn)數(shù)字化地質(zhì)工程建設(shè)目標(biāo)，提高地質(zhì)工程測(cè)量水平是非常必要的。不過傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)存在較多問題，地質(zhì)工程測(cè)量效率偏低。而使用無人機(jī)遙感技術(shù)后，則可對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)存在問題加以解決，彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量中存在的不足，確保信息數(shù)據(jù)采集和處理的快速性、齊全性。

3.2 環(huán)境治理與監(jiān)測(cè)

地質(zhì)工程開展中，為提高作業(yè)質(zhì)量，需要在原有工作基礎(chǔ)上融入綠色發(fā)展目標(biāo)，構(gòu)建綠色工程體系。為此，在開展地質(zhì)工程測(cè)量活動(dòng)時(shí)，除要加大對(duì)專業(yè)工作的重視力度外，還應(yīng)注重環(huán)境治理和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但傳統(tǒng)技術(shù)很難保證這兩項(xiàng)工作的同時(shí)推進(jìn)，需要利用無人機(jī)遙感技術(shù)。以礦區(qū)地質(zhì)測(cè)量為例，在工作開展中應(yīng)先對(duì)礦區(qū)展開定性分析，之后利用無人機(jī)遙感技術(shù)，獲取全面數(shù)據(jù)資料，開展分析工作，通過獲取數(shù)據(jù)資料了解礦區(qū)具體情況，分析開采中可能出現(xiàn)的環(huán)境污染問題，并給出專業(yè)評(píng)估報(bào)告，為后續(xù)治理和監(jiān)測(cè)提供支持。

3.3 資源保護(hù)與利用

地質(zhì)工程資源均屬于不可再生資源，為實(shí)現(xiàn)該類資源的科學(xué)保護(hù)和利用，在地質(zhì)工程測(cè)量時(shí)，需要做到科學(xué)把控，獲取精準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，選擇合適的開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源的有效保護(hù)和利用。這時(shí)無人機(jī)遙感技術(shù)發(fā)揮較大作用，可對(duì)區(qū)域地質(zhì)特征及資源分布情況予以全面了解，幫助作業(yè)人員第一時(shí)間掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，再結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范要求，制定科學(xué)的開采方案，滿足資源保護(hù)和利用要求。同時(shí)，通過無人機(jī)遙感技術(shù)還能夠了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，標(biāo)注危險(xiǎn)區(qū)域，為開采工作提供安全保障。再者，對(duì)于無證開采的企業(yè)，應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)，可以全面監(jiān)控地質(zhì)工程開采的具體情況，并針對(duì)部分違章開礦的行為予以嚴(yán)厲處罰，保證地質(zhì)工程企業(yè)的規(guī)范開采。

4 無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中的應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某礦區(qū)地質(zhì)工程測(cè)量，測(cè)量范圍約456平方千米，測(cè)區(qū)由于靠近山脈，呈現(xiàn)東西高、中間低的特征，最低點(diǎn)海拔在159.5m左右，最高點(diǎn)在1157.7m，相對(duì)高差為500m。測(cè)量區(qū)域內(nèi)居民結(jié)構(gòu)呈分散狀特征，測(cè)量工作遇到諸多問題，增加了測(cè)量工作的復(fù)雜性。鑒于此，為提高測(cè)量作業(yè)效率，獲取精準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，需采用無人機(jī)遙感技術(shù)開展地質(zhì)工程測(cè)量作業(yè)，利用該技術(shù)的高分辨率及快速影像處理功能，降低測(cè)量難度，保障測(cè)量作業(yè)的有效性與可靠性[3-6]。

4.2 技術(shù)路線

先收集和整理測(cè)區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)資料，之后結(jié)合無人機(jī)遙感技術(shù)的作用特征，編制完善的測(cè)量計(jì)劃和方案，對(duì)無人機(jī)行走線路實(shí)施規(guī)劃處理。憑借30天測(cè)量工作，獲取地質(zhì)影響資料，繪制比例在1:1000的地形圖，為礦區(qū)檢查及勘測(cè)作業(yè)開展提供可靠依據(jù)。

4.2.1 無人機(jī)及數(shù)碼相機(jī)選擇

結(jié)合本項(xiàng)目特征選擇固定翼UV-Ⅱ無人機(jī)，機(jī)身安裝數(shù)碼相機(jī)以SonyRX1RII高端相機(jī)為主。相機(jī)像素為4240萬，最高分辨率可達(dá)到7952×5304，機(jī)身重量約1.5kg。

4.2.2 技術(shù)參數(shù)

由于測(cè)量區(qū)域的地形地表差異較小，所以在開展無人機(jī)航攝時(shí)，應(yīng)做好分區(qū)處理。無人機(jī)飛行路線可直接按照由西向東的順序加以布設(shè)；地面分辨率在0.08m，設(shè)置航向重疊度在80%，旁向重疊度在65%，相對(duì)航高320m。

4.2.3 飛行質(zhì)量控制及補(bǔ)重?cái)z

在無人機(jī)遙感測(cè)量中，無人機(jī)自身飛行穩(wěn)定性會(huì)直接影響到拍攝影像的質(zhì)量。所以在測(cè)量工作中，需要注重?zé)o人機(jī)質(zhì)量的科學(xué)把控：將無人機(jī)上下飛行速度控制在每秒10m以內(nèi)，減少上下變動(dòng)產(chǎn)生顛簸帶來的影響；轉(zhuǎn)彎坡度控制在20度左右，以免信號(hào)失鎖；邊界區(qū)域拍攝覆蓋率要求在像幅二成以上；飛行航線的要求與設(shè)計(jì)重疊度一致；同一航線內(nèi)相鄰像片高度差不得超過30m距離，整體高度差范圍要控制在50m以內(nèi)；最大旋片角像片數(shù)量要在總數(shù)的4%以內(nèi)。對(duì)于因無人機(jī)質(zhì)量控制不佳導(dǎo)致的影像不清晰問題，需要重新拍攝；對(duì)于局部缺陷，如云影等，或相對(duì)漏洞，則需予以補(bǔ)攝，補(bǔ)攝航線長(zhǎng)度需要比漏洞長(zhǎng)出一條基線。

4.3 影像處理

利用無人機(jī)遙感技術(shù)獲取的影像數(shù)據(jù)需要按照順序要求逐一實(shí)行檢查和處理。首先，檢查和分析數(shù)字影像，確保其質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，找出其中存在的異常數(shù)據(jù)和重疊數(shù)據(jù)，加以處理和優(yōu)化；其次，展開像控點(diǎn)及基礎(chǔ)控制點(diǎn)、高程的檢查與校準(zhǔn)，誤差值控制在0.1m以內(nèi)；最后實(shí)施畸形影像的校準(zhǔn)和糾正處理。在該環(huán)節(jié)內(nèi)，先確定需要糾正的影像數(shù)據(jù)，了解主點(diǎn)偏移或畸變情況，之后采取有效措施和方案開展糾正作業(yè)，保障影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。先要建立DOM影像，利用DEM模型完成單張航片的掃描和處理，再借助專業(yè)的糾正軟件，對(duì)失真影像數(shù)據(jù)加以科學(xué)處理，提高影像質(zhì)量；運(yùn)用數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換影像投影,由中心投影變?yōu)榇怪闭蛲队?，從而獲取正射像片；對(duì)像片進(jìn)行編輯操作，最后生成標(biāo)準(zhǔn)分幅正射影像圖。像片糾正完成后，再開始幾何糾正，借助ERDAS軟件將地面控制點(diǎn)坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)提取出來，使像片精度達(dá)標(biāo)。

5 無人機(jī)影像成圖精度

5.1 數(shù)字正射影像圖質(zhì)量

該項(xiàng)目中地質(zhì)工程測(cè)量主要以丘陵山地為主，高低起伏變化較大，為保證測(cè)量的精準(zhǔn)度，在使用無人機(jī)遙感技術(shù)時(shí)需對(duì)無人機(jī)的飛行高度、速度加以科學(xué)管控，有效控制無人機(jī)飛行質(zhì)量，提高影像清晰度和真實(shí)度。同時(shí)通過飛行質(zhì)量科學(xué)控制，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)覆蓋、重疊等問題，保證數(shù)字正射影像圖的拍攝效果。分析數(shù)字正射影像處理后的成圖質(zhì)量，在對(duì)相鄰正射影像實(shí)行立體觀察與量測(cè)檢查時(shí)，個(gè)別點(diǎn)位存在誤差，但從整體地形上看并沒有明顯起伏；正射影像平面圖質(zhì)量符合規(guī)范要求,圖像在色彩和色調(diào)上都滿足均衡要求。

5.2 成圖質(zhì)量

在測(cè)量工作結(jié)束后，作業(yè)人員利用檢測(cè)區(qū)控制點(diǎn)對(duì)區(qū)外開展測(cè)量工作，根據(jù)所得數(shù)據(jù)對(duì)成套質(zhì)量予以精準(zhǔn)分析。野外踩點(diǎn)共設(shè)置256個(gè)，通過對(duì)這些踩點(diǎn)數(shù)據(jù)的收集、整理，與成圖后圖中顯示的量取數(shù)據(jù)展開對(duì)比分析，找出存在的誤差值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，判斷合理性與否，確定成圖質(zhì)量。在測(cè)量及分析作業(yè)中，內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)、地物點(diǎn)、內(nèi)頁加密高程點(diǎn)、內(nèi)業(yè)高程注記點(diǎn)與測(cè)量野外點(diǎn)存在的誤差值分別為0.88m、1.01m、0.70m、0.79m。

6 結(jié)語

總之，無人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中的應(yīng)用，有利于提高測(cè)量精準(zhǔn)度，提高整體測(cè)繪工作的效率，且降低資金投入成本，這可為地質(zhì)工程作業(yè)開展提供堅(jiān)實(shí)保障，故而值得專業(yè)人員的大力關(guān)注，深入對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的分析研究。