無人機航拍測量技術在地質礦山治理中的應用

＊畢 怡

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團高陽煤礦 山西 032306）

礦產(chǎn)行業(yè)作為我國的重要經(jīng)濟支柱，在對地質礦山開發(fā)不斷深入的過程中，也同樣帶來了一定的問題，采取有效的地質礦山治理措施，更加契合于可持續(xù)發(fā)展理念。應用無人機航拍測量技術于地質礦山治理中，可以憑借其靈活性與適應性帶回準確的數(shù)據(jù)信息，能夠很好地應對礦山地質情況較為復雜的問題，為后續(xù)的治理措施提供重要的數(shù)據(jù)支持。

1.無人機航拍測量技術概述

（1）基本概念。無人機航拍測量技術是以無人機為空中平臺，其含有高分辨率攝像機、傳感裝置以及紅外掃描儀等關鍵設備，以此來快速精準地捕捉地質礦山畫面，獲取重要的測量信息，在傳感器的作用下將捕捉得到的圖像與數(shù)據(jù)信息回傳至計算機終端，并且對其進行相應的處理分析，遵循測量標準要求將其生成更加直觀與清晰的圖像。無人機航拍測量技術是一種復合型的技術手段，它涵蓋了微波傳輸、計算機處理、遙感遙測以及高空拍攝等，具有優(yōu)越的應用價值[1]。

（2）工作原理。無人機航拍測量技術的工作原理為：在無線遙感技術以及相關裝置的作用下來控制無人機移動航線，確保其可以在預先設定好的航線軌道上運行，并進行拍攝測量。傳統(tǒng)模式下的無人機航拍測量技術主要集中在采集垂直角度的圖像數(shù)據(jù)信息，伴隨著無人機傾斜測量技術的衍生，現(xiàn)階段的無人機航拍測量技術已經(jīng)能夠做到多角度、無死角以及全方位的拍攝，可以收集得到的數(shù)據(jù)信息總量大幅上漲，數(shù)據(jù)分析的精準度也隨之增強。當前所應用的無人機航拍測量技術，無人機可以同步搭載多數(shù)量、多角度的攝像頭，實現(xiàn)交叉拍攝，提高數(shù)據(jù)信息采集的全面性，數(shù)據(jù)信息的實際應用價值更為良好。無人機的主要動力來源為電池，確保無人機在一定的時間期限內(nèi)可以穩(wěn)定飛行，無人機所具有的電池搭載動力系統(tǒng)能夠緩解振動情況，防止對成像質量產(chǎn)生不利干擾。無人機固定翼確保數(shù)據(jù)信息采集效率過關，續(xù)航能力優(yōu)越。

2.地質礦山治理中應用無人機航拍測量技術的核心優(yōu)勢

（1）安全可靠性過關。地質礦山治理中應用無人機航拍測量技術能夠實現(xiàn)安全可靠性過關。在傳統(tǒng)的地質礦山測量工作中，往往采取人力方式來獲取所需的數(shù)據(jù)信息，該方式存在一定的危險系數(shù)，不僅容易造成測量儀器損壞，嚴重情況下還會出現(xiàn)人員傷亡情況。而無人機航拍測量技術則有助于從根源上解決這一問題，無人機可以根據(jù)所下達的指令到危險區(qū)域進行深入調(diào)查以及數(shù)據(jù)信息采取，取代了傳統(tǒng)模式下的測量人員，保證測量工作安全性。再加上無人機是由智能系統(tǒng)所控制，在航拍過程中還可以監(jiān)測作業(yè)環(huán)境，對測量風險加以規(guī)避，避免其受到外界環(huán)境的干擾，使用生命周期被大大延長。

（2）無需投入較高成本。地質礦山治理工作具有很高的難度系數(shù)，而且工作量也較大，需要投入一定量的資源，整體的測量成本較高。而應用無人機航拍測量技術在地質礦山治理中，則無需投入較高成本，就可以切實滿足測量的基本需求。此技術的具體應用只需要采買無人機，為其配備對應的傳感器以及攝像機等關鍵的設施設備。因為無人機操作有一定的技術要求，需在專業(yè)人員的指導下開展測量工作，所以地質礦山治理部門也可以采取無人機租賃的方式，由測量單位提供相應的搭載設備，在原有的基礎上進一步提高資料利用率，從多方面減少成本投入，獲得更為良好的經(jīng)濟收益。

（3）保證數(shù)據(jù)準確性。地質礦山治理中對礦山測量數(shù)據(jù)的準確性有著十分嚴格的要求，傳統(tǒng)模式下的測量工作所得到的數(shù)據(jù)信息準確性與時效性不過關，對地質礦山治理措施的有效落實造成了消極阻礙。而無人機航拍測量技術在實際應用過程中，能夠依據(jù)地質礦山的實際情況和測量需求來靈活調(diào)整無人機飛行高度、相機分辨率以及比例尺設定。無人機搭載攝像機與定位儀器等，可以做到精準定位測量圖像，數(shù)據(jù)信息采集工作可以從多個角度進行，數(shù)據(jù)信息輸出質量良好，可以滿足多類型的測量工作需求，增強圖像的高清程度[2]。

（4）作業(yè)效率表現(xiàn)優(yōu)越。地質礦山治理過程中涉及眾多環(huán)節(jié)，提前規(guī)劃好測繪工作非常關鍵，從之前的測繪工作表現(xiàn)來看，工作效率較低，存在資源浪費情況。而通過應用無人機航拍測量技術，則在原有的基礎上大大提高了資源利用效率，無需投入過多的時間成本與人力成本，作業(yè)效率表現(xiàn)優(yōu)越。通過無人機操作人員和信息系統(tǒng)操作人員的密切配合，可以快速地完成多項測量工作，降低了原本的勞動強度，提高了測量工作的科學合理化程度，為后續(xù)的地質礦山治理措施制定與落實奠定了重要的基礎。

3.地質礦山治理中無人機航拍測量技術應用表現(xiàn)

(1)礦山地質精細化測繪

①科學應用無人機航拍技術。無人機是被無線電遙控或帶有計算機設備來實施操控的一種無人飛行器，它具有簡單的結構，其使用過程中也無需投入較大成本，可以高質量完成各類任務。開展礦山地質精細化測繪工作可以科學應用無人機航拍測量技術，其能夠很好地應對各類型的應急突發(fā)事件，第一時間對外發(fā)出報警預警。無人機航拍測量技術是將無人機作為空中拍攝基本單元與平臺，在計算機設備的支持下，科學合理地處理其所回傳的各類拍攝圖像信息，同時可以遵循礦山地質測繪的具體精度需求來開展視頻圖像采集工作。通過應用無人機航拍測量技術，有助于大大降低傳統(tǒng)模式下開展礦山地質測繪工作的人力消耗，該技術操作應用還具有簡便性特征，可以高效地完成測繪工作。傳統(tǒng)模式下的測繪工作開展所應用的測繪方式需要使用眾多的大型機械設備，在使用之前還需向相關部門報備，通過審核申請后才可使用。而應用無人機則無需這些步驟，應用流程也十分簡便，可以有效地節(jié)省礦山地質測繪成本。

②發(fā)揮三維數(shù)據(jù)信息模型輔助作用。為了能夠進一步提高礦山內(nèi)部地質情況的測繪準確度，除了要應用無人機航拍測量技術之外，還應當有針對性地構建三維數(shù)據(jù)信息模型，發(fā)揮出其輔助作用。三維數(shù)據(jù)信息模型具有較高的三維空間數(shù)據(jù)信息處理水平，可以在模型中添入相應的礦山測繪數(shù)據(jù)信息，后續(xù)對其操縱十分便利化。三維數(shù)據(jù)信息模型的本質就是在模型構建的有效范圍與地質空間形成一個結合體，為進行后續(xù)的礦山地質測繪工作提供數(shù)據(jù)信息支持。三維數(shù)據(jù)信息模型的界限可以設定為地質礦山的巖層面，將其地質情況細化分成不同性質的巖層，更加有助于達成精細化測繪目標。

③明確測繪區(qū)域和航線。從無人機航拍測量技術應用的實際情況來看，絕大部分的無人機在實際航拍過程中可以維持的時間較短，一般在30min左右。為了解決其航行時間短的問題，需提前明確測繪區(qū)域，制定相對應的航線。礦山地質精細化測繪在準確劃分航拍區(qū)域的基礎上，可以更加合理化地安排測繪時間與測繪航線。當?shù)V山地質測繪面臨較大面積的測繪區(qū)域，可以采取分段測繪的方式，無人機航拍測量技術也能夠在合理的時間段內(nèi)完成，進而推斷出后續(xù)的時間規(guī)劃，科學制定無人機航拍工作計劃，高效開展礦山地質測繪工作[3]。

(2)礦山地質災害

礦山地質災害問題是地質礦山治理需著重考慮的問題，為了能夠當發(fā)生地質災害時可以實現(xiàn)更為精準化的定位，就要科學應用無人機航拍測量技術。

①準確提取礦山災情信息。礦山內(nèi)部的成礦區(qū)域絕大多數(shù)都位于惡劣的地質條件下，通常為突發(fā)性地質災害，具有很強的破壞力，且難以提前檢測預防，當?shù)V山出現(xiàn)災害狀況，就極易引發(fā)大規(guī)模的山體塌陷。無人機航拍測量技術具有精度高、適應性強的特征，在其應用過程中，借助于其所具有的數(shù)據(jù)信息專業(yè)獲取設備來有效拼接礦山內(nèi)部基本情況，并且還能夠矩形矯正所設定的平面二維坐標，以此為基礎構建完整化的三維立體模型，依據(jù)礦山的具體地質情況在模型中進行全面還原。與此同時，將無人機所采集到的低空影像與原礦山地貌來綜合對比，后續(xù)再以紋理疊加的方式來細節(jié)化處理礦山的主要災害區(qū)域，更加深層次地分析影像疊加后的礦山內(nèi)部地質情況，標注方式可以采取文字標注或符號標注，找到主要災害點。以此為基礎，科學設計礦山內(nèi)部災情信息提取方式，借助于無人機航拍測量技術來確保各個圖區(qū)的內(nèi)部信息的精度過關。后續(xù)再幾何對比無人機航拍測量技術所提取到的數(shù)據(jù)信息域DEM，設定坐標主要方向為比例尺以北方向，該方式下，轉換數(shù)據(jù)域坐標會更加順暢，能夠合乎災害數(shù)據(jù)信息配對需求。依據(jù)相關數(shù)據(jù)信息的特征化圖像所處位置以及與比例尺大小有機結合，進而準確定位出礦山內(nèi)部的災害區(qū)域。因為無人機在航拍過程中存在著軌道偏離的可能，所以還應當在數(shù)據(jù)信息獲取階段時科學應用大數(shù)據(jù)處理技術來有效調(diào)試偏離精準度，以此避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息偏離性誤差狀況[4]。使用無人機航拍測量技術中的三維拍攝技術，完成二次模擬成像，有助于動態(tài)化監(jiān)測無人機拍攝圖像，合乎礦山地質災害信息精準化提取具體要求。

②妥善處理礦山災害信息。礦山地質災害數(shù)據(jù)信息提取工作所含有的環(huán)節(jié)包括篩查數(shù)據(jù)信息、去噪以及提煉，也就是要有針對性地處理采集到的信息。第一，應數(shù)據(jù)綜合性評估采集信息，以此區(qū)域性劃分礦山內(nèi)部地質災害，根據(jù)地質災害覆蓋面積的嚴重度細化信息為3個等級。對于礦山內(nèi)部受損害地質狀況的識別可以采取測繪影像解釋方式，整體性評估主要地質類型占比的受損情況，根據(jù)評估結果來明確礦山災害的具體等級，與附近生態(tài)環(huán)境所具有的自我修復能力特征相結合，刪除災害影響相對來說較弱的區(qū)域數(shù)據(jù)。第二，需二次處理刪除余下的數(shù)據(jù)信息，借助于無人機航拍測量技術來有效識別各數(shù)據(jù)信息精準度，刪除處于較低精準度的數(shù)據(jù)信息，以應用邊緣模糊化方式來細化災區(qū)位置，和區(qū)域識別有機融合，提取出關鍵的價值信息，之后再人工解讀礦山災區(qū)的實際受損程度，確保數(shù)據(jù)信息處理更為準確，有助于相關工作人員更加快速地分辨出災害物。第三，以所獲取到的數(shù)據(jù)信息為基礎，針對性地提煉多元化信息，以正向映射技術來高程模型成像處理矯正完畢的數(shù)據(jù)信息，高質量完成數(shù)據(jù)信息預處理。

③顯示分析礦山災害測繪圖像。借助比例尺重復矯正處理完成的數(shù)據(jù)信息，獲得相對應的熱紅外線和DEM數(shù)據(jù)信息，其是礦區(qū)災害成像的數(shù)據(jù)信息源。借助顯示設備來投映數(shù)據(jù)信息在屏幕中，應用人工翻譯技術來分類災害基本類型。同時還要全面地識別地質礦山隱藏的災害體，以定位方法來深層次分析圖像結果，制定有針對性的增援計劃，對礦山二次災害進行有效預防。在無人機航拍測量技術的支持下，開展礦山三維建模，以此全面顯示分析礦山災害測繪圖像。

(3)礦山地質勘查

①構建礦山地質勘查三維模型。礦山地質勘查是地質礦山治理的關鍵環(huán)節(jié)，無人機航拍測量技術在礦山地質勘查中的應用，可以構建出準確化程度更高的三維模型。在進行建模時，基礎內(nèi)容為礦山各大位置的點云坐標信息，與被勘查的礦山地質區(qū)域基本特征有機融合，則可以有效連接離散的點云坐標數(shù)據(jù)信息，組建連續(xù)面。建立面構網(wǎng)有助于形成規(guī)則性的矩形網(wǎng)絡以及不規(guī)則的三角網(wǎng)絡。礦山地質三維模型是以數(shù)字的方式來展現(xiàn)出礦山地形特征的空間特征，獲取和展示遙感資料更加便利。采取數(shù)字高程模型的方式還有助于體現(xiàn)出礦山勘查過程中的地表形態(tài)和特征，自動化生成柵格結構數(shù)據(jù)集合。而礦山地質正射影像模型相比于上述兩種模型來說，它有著更加豐富的表達，直觀性和真實性特征也更加顯著[5]。

②設定無人機航拍航線。當?shù)V山地質三維模型構建完成后，為了確?？辈闇y繪精度過關，需預先設定好無人機的航拍航線。無人機航拍測繪區(qū)域和機場之間的距離不能少于10km，無人機起降位置要優(yōu)先選擇平坦處，周圍沒有土坑。為使無人機的航拍面積更大，測繪工作區(qū)域可以設定在植被數(shù)量較少區(qū)域，無人機的航拍航線要提前向軍方與民航申請，執(zhí)行航拍測量任務的人員要具有專業(yè)資質。統(tǒng)籌規(guī)劃無人機航行航線，需考慮到機型結構、續(xù)航時間與勘查任務根本要求，以此科學選擇環(huán)形航線與柵格化航線。

4.結論

綜上所述，地質礦山治理中應用無人機航拍測量技術，可以被用來進行礦山地質精細化測繪、礦山地質災害治理以及礦山地質勘查等工作，能夠根據(jù)地質礦山治理的實際需求，科學操作無人機設備，將航拍測量技術所具有的優(yōu)勢作用充分發(fā)揮出來，實現(xiàn)實時全方位作業(yè)，保證勘查安全可靠性以及數(shù)據(jù)信息準確性，為后續(xù)的治理措施制定打下堅實的基礎。