航測智能遙感技術在地質勘查中的應用

王朝妮

目前的無人機航測智能遙感技術優(yōu)勢較大，其針對礦區(qū)地質勘查工作過程中必須建立遙感成像技術體系，有效獲取遙感影像，通過幾何糾正功能制作影像圖，提高影像質量，同時建立人機交互式解譯機制，提高航測智能遙感工作水平，體現(xiàn)無人機在礦區(qū)地質勘查工作中的重要價值。就無人機航測智能遙感系統(tǒng)而言，其技術內容是相當豐富的，而在礦區(qū)地質勘查工作中也必須合理運用無人機航測智能遙感系統(tǒng)，保證系統(tǒng)技術應用到位，提高技術應用有效性與可行性。

1 無人機航測智能遙感系統(tǒng)及其技術概述

1.1 無人機航測智能遙感系統(tǒng)

在航測智能遙感系統(tǒng)中，無人機占據(jù)核心地位，它主要承載了低空監(jiān)測與攝影系統(tǒng)，形成了一套完整的UAVRS（UAV Remote Sensing System）系統(tǒng)。就無人機遙感系統(tǒng)建設而言，它主要通過獲取低空高分辨率遙感數(shù)據(jù)明確工作應用目標，直接集成無人駕駛飛行器、遙感設備以及GPS導航定位系統(tǒng)，形成高科技技術核心。換言之，它所構建的是一套高機動性、小型化、專業(yè)化、低成本的遙感系統(tǒng)，整體看來其系統(tǒng)機動靈活性是有所保證的，是對于傳統(tǒng)航空遙感系統(tǒng)與攝影系統(tǒng)的一大利好補充，為遙感數(shù)據(jù)大量有效獲取創(chuàng)造了有利條件。再一點，無人機航測智能遙感系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理方面相當快捷便利，能夠滿足實時調查監(jiān)測要求，特別是在土地動態(tài)監(jiān)測、礦產(chǎn)資源勘探、地質環(huán)境與災害勘查工作方面都發(fā)揮了重要功能作用，體現(xiàn)了較高的生產(chǎn)實踐應用價值性。

就無人機航測智能遙感系統(tǒng)的組成方面而言，它其中就包括了無人機本體、控制系統(tǒng)（地面和空中監(jiān)測）、信號傳輸系統(tǒng)以及GPS信號接收器等等。另外無人機是具有三軸云臺的，它為攝影過程提高穩(wěn)定性，在攝影控制操作上更加便捷。當然，無人機遙感傳感器在保證其飛行精度方面也體現(xiàn)了較大價值，因為無人機配置了導航與飛行控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及地面監(jiān)控系統(tǒng)，這些都能體現(xiàn)UAV技術優(yōu)勢，在機動靈活性、實時飛行安全性、影像分辨率質量方面都展現(xiàn)了較高水平，整體表現(xiàn)性能優(yōu)異，且維護管理成本相對較低。

1.2 無人機航測智能遙感系統(tǒng)技術

無人機航測智能遙感系統(tǒng)中囊括了諸多技術關鍵點，例如無人機遙感平臺、導航控制系統(tǒng)、地面站系統(tǒng)，同時也能實現(xiàn)對于遙感數(shù)據(jù)的實時處理與下傳，技術特點非常鮮明。就以最核心的無人機遙感平臺為例，它其中所搭載的是高精度的機載遙感設備，同時搭載穩(wěn)定平臺與任務設備控制計算機系統(tǒng)，三者共同分析不同遙感任務并滿足遙感勘查工作需要。另外，系統(tǒng)中主要搭載了大英寸底CMOS數(shù)碼相機、成像光譜儀、CCD攝錄機以及大容量固態(tài)硬盤。不過遙感系統(tǒng)由于受到飛行平臺制約，其在采用大體積重量的云臺攝像機方面還較為困難。就遙感攝像應用而言，它主要結合多通道信息建立通道灰度等級在8位以上的數(shù)碼相機拍攝圖像系統(tǒng)，配合RGB信道建立多信道通信機制，主要針對航測遙感目標物進行針對性解譯與分類。

就遙感技術應用過程而言，它所拍攝的數(shù)字影像內容質量很高，所以所拍攝內容采用了RAW、BMP等無損文件存儲格式，這主要得益于遙感技術系統(tǒng)所采用的是300D面陣CMOS傳感器，可實現(xiàn)一次性生成4K或5K數(shù)字圖像，這些都為地質勘查工作帶來便利。結合上述技術所獲得的高分辨率遙感數(shù)據(jù)能夠確保無人機傳感系統(tǒng)實時處理、融合全候天作業(yè)技術內容，這也滿足了遙感設備中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。

再看遙感數(shù)據(jù)的實時處理與下傳技術，該技術能夠實時處理、下傳大量的高壓縮比有損圖像，這就避免了誤差限制航空遙感高標準領域技術應用限制。在選取改進壓縮編碼過程中，主要保證了數(shù)據(jù)實時下傳，同時最大限度減少圖像壓縮算法損耗，它為提高重構圖像質量與無人機遙感實施技術過程創(chuàng)造了更多可能性，滿足了遙感實操技術要求。在提高影像匹配算法實時性過程中，也為無人機組合導航系統(tǒng)提供了極高精度的位置修正數(shù)據(jù)，對無人機飛行控制精度的提升頗有幫助。這里提及兩點關鍵技術，首先是小波變換技術，它滿足了無人機遙感勘查工作過程中的低損耗、高效率數(shù)據(jù)壓縮要求；再者就是抗干擾編碼技術，該技術利用通信鏈路配合視距微波建立衛(wèi)星中繼技術方式，基本滿足了無人機與陸地基站的寬帶無線通信網(wǎng)絡建設要求，在滿足遙感數(shù)據(jù)安全實時下傳方面發(fā)揮了重要作用。

舉個例子，在應用無人機遙感系統(tǒng)實施礦區(qū)地質勘查工作過程中，需要首先擬定飛行日，在天氣許可的情況下安排上午9點～下午15點作為獲取地質勘查影像的最佳時間段。該時間段地物陰影最小，非常適合外場地質勘查作業(yè)操作執(zhí)行。在確定飛行勘查后，需要首先面向航管部門通報飛行計劃信息，確認飛行后布設地面設施，為無人機加載傳感器。然后實施系統(tǒng)地面聯(lián)機測試，結合實際光照條件進行對攝影機曝光參數(shù)進行微調，保證通過監(jiān)視軟件完成航線編輯過程，同時輸入無人機機載控制系統(tǒng)，確保無人機能夠在400m～500m高度飛行展開勘查工作，隨時調整飛行姿態(tài)。就以直線飛行狀態(tài)為例，需要確保無人機設定不同舵面的中立位置，保證臺控計算機同步記錄數(shù)據(jù)到位。在確認平臺飛行參數(shù)之后確保無人機轉入到自動飛行姿態(tài)，開始實施遙感作業(yè)。在檢查系統(tǒng)狀態(tài)過程中要做好飛行記錄，同步確保外場作業(yè)實施到位，最后在礦區(qū)地質勘查作業(yè)完畢后做好數(shù)據(jù)檢查與飛行總結工作，提升影像重疊度與影像質量分析水平。在獲取合格目標區(qū)域影像資料后，可以結合無人機測量數(shù)據(jù)撰寫飛行日志，總結任務內容，保證系統(tǒng)硬件設備維護保養(yǎng)工作實施到位。

2 無人機航測智能遙感系統(tǒng)技術在礦區(qū)地質勘查工作中的實踐應用

無人機航測智能遙感系統(tǒng)技術在礦區(qū)地質勘查工作中實踐應用相對廣泛，這主要是因為其飛行覆蓋面積相對較廣，可適應各種氣候條件，能夠滿足各種飛行遙感技術要求。在監(jiān)測區(qū)域建設方面，需要結合礦區(qū)實際地形、金屬礦分布狀況展開地質勘查工作。下文就無人機航測智能遙感技術在礦區(qū)地質勘查工作中的實踐應用展開全方位分析，提出幾點關鍵技術實踐應用要點。

2.1 地質勘查獲取影像分析

在航拍影像圖片獲取過程中，需要結合實際的地質勘查結果，配合遙感軟件處理所獲取影像內容，并對照傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感影像圖進行對比，無人機遙感影像技術在提高地面分辨率，優(yōu)化清晰度方面表現(xiàn)出色，其影像數(shù)據(jù)采集周期也相對偏短，這體現(xiàn)了無人機遙感系統(tǒng)在礦區(qū)地質勘查工作中強大機動性與高自由度。

在獲取地質勘查影像內容之前，需要對攝影內容進行分析，保證建立數(shù)碼相機CCD面陣成像平面，對膠片變形問題進行分析。就傳感器陣列誤差問題分析過程而言，需要結合內部變形誤差一致性問題進行分析，在不考慮任何方位因素影響的前提之下，需要建立影像中心位置，保證高成像質量。就這一過程而言，也要建立畸變誤差定值，確保無人機遙感技術應用過程中建立數(shù)碼相機陣列，分析其中系統(tǒng)誤差偏差問題并加以有效糾正。

2.2 外部變形誤差分析

在外部變形誤差分析過程中，需要了解攝影瞬間傳感器位置與姿態(tài)有效變化，結合實際地形、大氣因素情況分析影響外部變形誤差問題的相關要素。在利用無人機遙感系統(tǒng)技術過程中，需要對地形起伏影響進行分析，做好像素定位，結合微分原理進行外部變形誤差問題有效糾正，分析外方位元素影響情況。具體來講，就是在垂直攝影條件下建立影像坐標x/y軸并與地面相應坐標形成相互比例關系，如此可分析影響影像平移、旋轉與縮放的諸多線性變化內容，保證建立非線性點位移分析機制。

2.3 遙感影像幾何糾正處理分析

在結合無人機遙感影像內容進行結合幾何理論變形分析過程中，需要結合影像幾何糾正內容展開分析，提出相應技術問題：首先就是分析無人機有效負荷與任務艙容積制約問題，保證安裝大型專業(yè)航空攝影儀，保證從體積、重量等方面分析小型光學相機相關技術問題，爭取建立CCD數(shù)碼相機矩陣，對膠片質量壓平誤差問題進行分析。保證形成CCD陣列。與此同時，也要通過遙感系統(tǒng)對要遙感影像進行分析，了解空中姿態(tài)劇烈變化，建立數(shù)據(jù)畸變差檢驗報告。在無人機遙感影像的幾何糾正過程中，需要對無人機的成像平臺位置與姿態(tài)變化進行分析，避免由于它們所產(chǎn)生的傳感器外部元素誤差糾正問題。就鏡頭條件確定以后，還需要對所勘查數(shù)據(jù)內容的標準圖形垂直攝影問題進行分析，獲得相應影像內容。換言之，就是對影像外部誤差糾正問題進行分析，建立多項式方法背景下的擬合糾正機制，有效糾正數(shù)字影像中所存在的色彩處理困難問題，形成數(shù)字影像圖。

這里列舉一例，在無人機航測智能遙感技術應用過程中，主要對遙感影像背景下的CCD相機畸變糾正問題進行分析，保證制作和裝配由于誤差所引發(fā)的像點位移問題，同時設置物點入射光線。在分析成像點變化過程中，需要充分利用到CCD器件的固定性，對每一幅影像的影響作用進行分析，主要對鏡頭畸變差進行分析，建立系統(tǒng)性誤差用數(shù)學公式，利用數(shù)學公式來模擬、預測、統(tǒng)一糾正相關技術問題，結合相關計算算法來解決問題。

具體來講，要在分析鏡頭畸變差過程中需要建立與焦距之間的相關關系，結合鏡頭焦距f確定遙感系統(tǒng)數(shù)碼相機鏡頭的畸變差內容，了解成像物距。在這一過程中也要設計疊加標準影像，控制其中的交點控制點，并建立模型對18mm焦距段下的糾正模型進行分析，分析獲得數(shù)碼相機垂直攝影圖。在結合數(shù)碼相機垂直攝影圖進行分析過程中，也要建立標準網(wǎng)格交點作為基礎控制點。在影像被糾正以后，應該結合鏡頭畸變分析光心位置應該為0，其中越接近影像邊緣時其畸變也就越大，其中所有影像的實際獲取結果應該為達到4K效果以上。在對無人機傳感影像外方位元素進行分析過程中，也必須利用幾何糾正功能糾正其誤差問題，深層次了解地面高程插值數(shù)據(jù)內容，建立投影差矯正機制。就影像矯正過程而言，需要利用無人機遙感系統(tǒng)對掃描影像內容進行分析，建立投影系統(tǒng)，確保影像單元獲得正確地理坐標，最后對糾正地形圖內容進行有效拼接。在切除多余部分以后，則需要對礦區(qū)中1：10000的數(shù)字化地形圖進行分析。

就無人機遙感影像的幾何糾正技術實現(xiàn)流程而言，它主要在無人機飛行區(qū)域建立高分辨率正射影像資料分析機制，確保幾何糾正過程中能夠實現(xiàn)對大比例尺地形圖的有效匹配，建立基準圖。詳細來講，就是利用大比例尺構建地形圖，然后利用遙感系統(tǒng)實施數(shù)字化數(shù)據(jù)掃描，隨后呈現(xiàn)無人機遙感影像內容，并對CCD相機中的畸變內容進行有效矯正，形成糾正后影像。在掃描數(shù)字化內容過程中則要恢復投影系統(tǒng)，建立幾何糾正機制，形成糾正基準圖，并對其他影像數(shù)字化內容進行分析，檢查控制點位置，最后計算多項式糾正精度，確保幾何糾正成像到位。

2.4 遙感影像圖制作分析

在無人機遙感影像圖制作過程中，需要利用到遙感影像鑲嵌拼接功能，保證糾正數(shù)字影像中的拼接處理內容，對正射矯正影像進行拼接分析，保證圖像數(shù)據(jù)與地面處理坐標建立相互之間的精確關聯(lián)關系。在這里，圖像數(shù)據(jù)作為基本的GIS底圖而存在，它需要結合影像糾正功能鑲嵌入遙感影像圖中，確保面向大地坐標建立排列正射影像內容，同時對分類面積量進行計算，有效優(yōu)化真實尺度技術內容?？紤]到影像處理過程中必然存在相鄰影像之間的重疊區(qū)域，建立ENVI系統(tǒng)分析機制，對影像地理信息內容進行分析，保證制作形成一套礦區(qū)的無人機遙感影像勘查圖。

隨后，就要對影像質量進行分析，保證檢驗最終影像圖質量內容，確保全圖平均定位偏差分析到位，客觀反映影像圖局部變形狀況。在針對地形圖誤差進行對比分析過程中，需要保證成像圖分辨率提升到0.80m以上，結合地面定位偏差了解圖像內容，做好影像質量檢查提升工作。

2.5 遙感影像目視判讀技術分析

在利用無人機遙感影像系統(tǒng)進行目視判讀技術分析過程中，需要保證所勘查地質空間分辨率較高，配合試驗飛行設計過程對相機參數(shù)進行有效設置，確保地面像元空間分辨率達到0.50m以上，如此可精確反映土地利用實際狀況。在這里，要結合目視解譯技術對地物內容進行潘明，保證有效解決判識問題。就無人機遙感圖像處理過程而言，需要建立比例為1：1的正射校正機制，形成1：1000的電子地形圖，并對電子地形圖的某些地形高線與高程點進行賦值處理。在礦區(qū)地質勘查工作中，遙感影像的目視判讀技術應用主要是提高勘查工作精度，針對礦區(qū)地質勘查的低空無人機遙感測繪成果精度分析主要分為理論精度分析和實測數(shù)據(jù)精度分析。理論精度分析就要運用到空三加密配合光束法和局部平差法，利用軟件patb完成所有技術流程?？紤]到工程文件夾中會自動生成平差報告文件，所以要首先打開文件查看其解算精度，如果不存在錯誤信息就可報告初始定向坐標參數(shù)和地面坐標參數(shù)，包括像點坐標殘差與控制點坐標殘差，然后加密點坐標。舉個例子，通過建立殘差坐標像點數(shù)據(jù)表記錄sigama naught相關數(shù)據(jù)，保證像點精度控制在0.01m以內，看坐標殘差像點是否超過3倍中誤差值，如果超過要進行粗差點處理，并進行組號設置，滿足點中誤差在1/2像素以內，同時滿足連接點基本精度要求。在實測精度分析方面，就主要利用到了區(qū)域網(wǎng)平差計算，結合成果加密中誤差采用檢查點中誤差估算方法，保證適量相片控制點參與到平差計算當中，以提高實測精度。在礦區(qū)，要實施控制點位判刺，逐一刺入檢查點，并將檢查點權值設置為0，利用平差軟件進行平差計算分析。同時對位置加密點坐標數(shù)據(jù)進行計算分析，最終比較得出二者坐標數(shù)據(jù)的基本差值，并計算出平面點位中誤差值。一般來說，所設置檢查點的點位誤差都應該控制在0.5m范圍內，滿足基本規(guī)范2倍點位的基本誤差計算要求。結合中誤差計算式得出各個坐標軸方向的點位中誤差值，計算出平面點位中誤差值，然后結合《低空數(shù)字航空攝影測量規(guī)范》相關要求，配合比例為1：2000的地形圖單點定位坐標進行計算（保證單點定位絕對精度在0.5m以內），此時的計算精度就基本能夠滿足礦區(qū)勘查目視判讀技術應用要求，提高勘查工作整體品質。

3 總結

綜上所述，在利用無人機遙感航測智能技術系統(tǒng)過程中，還需要建立良好的人機交互式解譯系統(tǒng)，確保處理遙感影像產(chǎn)品到位，建立地質勘查高利用率、長周期分析機制，形成遙感數(shù)字圖像分析機制，提高技術勘查工作自動化程度。本文中所分析的無人機遙感系統(tǒng)在整體技術應用與勘查體系構建上是相對完整的，它在技術推廣應用中提升了系統(tǒng)應用的經(jīng)濟可行性，保證快速遙感調查技術應用到位，同時確保無人機在遙感系統(tǒng)建設與實踐應用過程中擴大區(qū)域航拍面積、提高航拍效果，體現(xiàn)該技術在礦區(qū)地質勘查工作中的高價值性。