無(wú)人機(jī)技術(shù)在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用研究

韋 莉

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

遙感技術(shù)是地質(zhì)和找礦重要應(yīng)用的技術(shù)資源之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)和找礦工作，并且取得了顯著的成效。通過(guò)無(wú)人機(jī)技術(shù)能獲取范圍廣泛、符合研究需要的分辨率、波段、季節(jié)的遙感影像數(shù)據(jù)，這樣可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)野外地質(zhì)找礦得到研究資料不足的情況。這兩種地質(zhì)找礦方法相比，同一研究區(qū)域的遙感地質(zhì)找礦，更具有優(yōu)勢(shì)，不但耗費(fèi)的成本少，而且客觀性強(qiáng)，耗時(shí)少。

文章以實(shí)現(xiàn)研究區(qū)某銅礦床及其他礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)，圈定成礦帶為核心目標(biāo)，利用低空遙感技術(shù)，通過(guò)獲取研究區(qū)無(wú)人機(jī)影像資料進(jìn)行遙感成礦地質(zhì)信息提取，圈出成礦有利區(qū)，為該礦區(qū)后續(xù)勘查工作提供可用信息并指導(dǎo)找礦路徑。

1 主要技術(shù)方法

1.1 技術(shù)方法

首先將收集到的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，包括幾何配準(zhǔn)和統(tǒng)一參考系，利用光譜異常信息，進(jìn)行遙感成礦地質(zhì)信息提取，圈定礦化蝕變異常區(qū)和確定地質(zhì)勘測(cè)靶區(qū)；接著對(duì)收集到的地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)、物探資料、礦產(chǎn)資料進(jìn)行處理，包括柵格化配準(zhǔn)和統(tǒng)一參考系等，并與無(wú)人機(jī)獲取的高分辨率遙感影像（0.2 m）進(jìn)行融合，最后結(jié)合實(shí)地勘查、成礦理論等多元資料，進(jìn)行研究區(qū)構(gòu)造、地層解譯，獲得研究區(qū)遙感地質(zhì)地層解譯結(jié)果圖，初步圈定出成礦帶，分析成礦有利的因素，并對(duì)最終解譯成果進(jìn)行驗(yàn)證，為礦區(qū)找礦提供資料與技術(shù)支撐。技術(shù)路線圖如圖1 所示。

圖1 技術(shù)路線圖

1.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)拼接：為了更方便地管理和使用數(shù)據(jù)，把收集到的數(shù)字線劃數(shù)據(jù)拼接起來(lái)。

幾何配準(zhǔn)：把從不同單位收集到的不同格式的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)一的預(yù)處理，即把收集到的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何配準(zhǔn)，使數(shù)據(jù)資料格式統(tǒng)一、空間分辨率保持一致，以便后期研究需要時(shí)更好地與遙感數(shù)據(jù)融合。

統(tǒng)一參考系：我國(guó)1 ∶5 萬(wàn)比例尺成圖采用高斯-克呂格投影，地理坐標(biāo)是2 000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，為了使投影后長(zhǎng)度變形盡可能的小，按6°經(jīng)差將我國(guó)區(qū)域自西向東劃分為若干個(gè)投影帶。不同來(lái)源的數(shù)據(jù)參考坐標(biāo)不一樣，所以通過(guò)投影變換使所有數(shù)據(jù)的參考系統(tǒng)一，以便后期更好的使用數(shù)據(jù)。

1.3 遙感綜合研究

遙感信息技術(shù)具有多種地物信息相互影響的綜合性特征，一方面要充分考慮各種復(fù)雜的地質(zhì)特征的多樣性；同時(shí)要詳細(xì)分析和識(shí)別各種地物的物理特性?；谶b感信息技術(shù)的以上特征，可以在找礦工程中充分體現(xiàn)該技術(shù)的地物信息綜合性、多波段、多維立體性和定位特點(diǎn)，是目前地質(zhì)工程找礦中常用的重要技術(shù)手段。

近年來(lái)，學(xué)者應(yīng)用遙感地質(zhì)理論進(jìn)行金屬礦產(chǎn)勘查預(yù)測(cè)，并深入研究遙感地質(zhì)解譯方法，基于遙感信息優(yōu)勢(shì)之一宏觀性獲得礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和巖性信息；基于遙感信息的精確性與微觀性，能夠直接提取礦化蝕變遙感異常信息，將這些信息與收集到的多元信息，如地質(zhì)、構(gòu)造、化探、物探等信息進(jìn)行綜合分析，可以較準(zhǔn)確地圈定成礦遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)區(qū)，甚至勘探靶區(qū)。

首先利用獲取的衛(wèi)星遙感影像提取與成礦控礦有關(guān)的各種地質(zhì)信息，從而找出地質(zhì)勘探靶區(qū)；再利用低空遙感技術(shù)對(duì)靶區(qū)進(jìn)行無(wú)人機(jī)航飛，采集分辨率高的航空遙感影像圖，參考地質(zhì)勘探人員實(shí)地勘探工作和成礦理論，從而判斷出成礦帶。

1.4 無(wú)人機(jī)航空地球物理找礦在我國(guó)的發(fā)展

現(xiàn)有航空地球物理找礦系統(tǒng)，都采用飛速快的裝有高精度磁測(cè)傳感器與多道伽瑪能譜晶體的大飛機(jī)進(jìn)行普通找礦，應(yīng)用到的原理是尋找與磁性相關(guān)的鐵、銅等金屬礦床與放射性礦床，生成的都是中、小比例尺成礦圖。這種找礦系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是找礦效率高，易于發(fā)現(xiàn)一些大型礦床；缺點(diǎn)是找礦時(shí)容易漏掉大部分中心型礦床，大飛機(jī)的飛行成本很高，需要專門(mén)機(jī)場(chǎng)、跑道與維護(hù)檢修，并且需要找礦部門(mén)與民航協(xié)商與協(xié)作，另外礦產(chǎn)資源都在山區(qū)，地形條件復(fù)雜、氣候惡劣，容易發(fā)生安全事故。

近年來(lái)，我國(guó)的低空遙感技術(shù)得到了快速發(fā)展。學(xué)者采用有效載荷15～20 kg 的無(wú)人機(jī)，在河北灤縣、山東蓬萊進(jìn)行航測(cè)找礦，生成低空大比例航磁找礦圖，找礦效果評(píng)價(jià)良好。這種找礦技術(shù)優(yōu)點(diǎn)明顯，無(wú)需跑道，適應(yīng)山區(qū)各種復(fù)雜的氣候地質(zhì)條件，并且成本相對(duì)低，取得了不錯(cuò)的找礦業(yè)績(jī)。

專家在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的某次遙感地質(zhì)找礦會(huì)議上表示，充分結(jié)合遙感技術(shù)、傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)信息和現(xiàn)代信息技術(shù)，發(fā)揮低空遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)引領(lǐng)作用，在基礎(chǔ)地質(zhì)、土地調(diào)查、環(huán)境災(zāi)害和礦產(chǎn)調(diào)查等方面開(kāi)展扎實(shí)有效的調(diào)查研究，在遙感地質(zhì)找礦領(lǐng)域取得新的突破。

1.5 利用無(wú)人機(jī)獲取高分辨率影像原理

1.5.1 無(wú)人機(jī)獲取高分辨率影像

文章采用搭載高分辨率數(shù)碼相機(jī)或高光譜傳感器的無(wú)人機(jī)對(duì)靶區(qū)進(jìn)行低空拍攝，獲取航測(cè)精度為0.2 m 分辨率的大比例尺航空遙感影像圖，得到研究需要的大比例尺地理信息數(shù)據(jù)，這種技術(shù)方法的優(yōu)勢(shì)是精度高、獲取速度快又便捷。

通過(guò)地面控制系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行一系列設(shè)計(jì)，包括航線設(shè)計(jì)、拍攝間距設(shè)計(jì)以及拍攝相片的重疊度設(shè)計(jì)，無(wú)人機(jī)升空后，操作人員遠(yuǎn)程遙控?zé)o人機(jī)進(jìn)行低空數(shù)據(jù)的采集，主要是通過(guò)地面控制系統(tǒng)發(fā)送“開(kāi)始/終止拍攝”指令，指令通過(guò)雙向通訊電臺(tái)傳至無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)核心——自動(dòng)駕駛儀內(nèi)，自動(dòng)駕駛儀發(fā)送相應(yīng)的開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)給相機(jī)開(kāi)關(guān)部件，從而獲取高分辨率低空遙感數(shù)據(jù)。

1.5.2 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理

（1）將利用低空遙感技術(shù)獲取的高分辨率無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到專業(yè)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)中，利用前期生產(chǎn)的空三加密成果數(shù)據(jù)，得到立體像對(duì)，設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)，生成單個(gè)表面模型DSM。無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)制作流程圖詳見(jiàn)圖2。

圖2 無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)制作流程圖

（2）高質(zhì)量的數(shù)字表面模型即DSM 的獲取：首先設(shè)置不同的參數(shù)，得到了不同的DSM 即數(shù)字表面模型，這些模型中，有些保留了山體、有些剔除了房屋、有些提取了水系，然后在綜合考慮各個(gè)不同特征數(shù)字表面模型的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，融合所有的DSM，得到測(cè)區(qū)精度較高的數(shù)字表面模型DSM。

（3）利用軟件自動(dòng)剔除數(shù)字表面模型上的人工建筑物、林地等的高程信息，使數(shù)據(jù)之嚴(yán)格切準(zhǔn)地表面，生成滿足精度要求的高質(zhì)量的單個(gè)數(shù)字高程模型DEM，最后由軟件自動(dòng)拼接所有的單個(gè)DEM 數(shù)據(jù)，得到測(cè)區(qū)高質(zhì)量的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。

（4）兩數(shù)字高程模型（DEM）接邊沒(méi)有出現(xiàn)縫隙情況，兩數(shù)字高程模型間相鄰行（列）格網(wǎng)點(diǎn)平面坐標(biāo)連續(xù)且符合格網(wǎng)間距要求，同時(shí)高程地形圖連續(xù)且滿足地形平滑連接的總體要求，即使地形出現(xiàn)跳變，也和測(cè)區(qū)地貌特征一致。采用數(shù)字高程模型對(duì)原始影像進(jìn)行正射校正處理，應(yīng)用雙線性內(nèi)插或三次卷積內(nèi)插法進(jìn)行像元重采樣，像元大小設(shè)置為0.2 m。

（5）首先使用工具OrthoMosai 反復(fù)修改原始影像色彩直到效果滿意，接著把調(diào)整后的參考影像再次導(dǎo)入到影像處理系統(tǒng)中，對(duì)正射影像即DOM 進(jìn)行全自動(dòng)處理，使DOM 的色彩均勻，處理后的數(shù)字正射影像清晰，色彩及色調(diào)均勻，沒(méi)有出現(xiàn)漏洞、花紋等現(xiàn)象。

（6）遙感專業(yè)軟件利用數(shù)字表面模型DSM 和數(shù)字高程模型DEM 自動(dòng)判斷地物優(yōu)化生成鑲嵌線，同時(shí)圖幅與圖幅之間自然鑲嵌，無(wú)縫拼接，使所有地物要素都清晰可見(jiàn)。

（7）按照項(xiàng)目研究要求對(duì)生成的數(shù)字正射影像DOM 進(jìn)行分幅裁切，DOM 成果數(shù)據(jù)邊緣處地物清晰可見(jiàn)，且鑲嵌處的地物也沒(méi)有出現(xiàn)扭曲和模糊的現(xiàn)象。

1.6 無(wú)人機(jī)獲取數(shù)據(jù)的技術(shù)特點(diǎn)

1.6.1 機(jī)動(dòng)便捷的操作能力

在無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速的今天，在各種場(chǎng)景使用中其機(jī)動(dòng)便捷的特點(diǎn)尤為突出，能夠滿足低空飛行和各種復(fù)雜氣象條件下的數(shù)據(jù)采集，操作方便、運(yùn)輸便利、反應(yīng)迅速，也可使用車載系統(tǒng)至數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)附件設(shè)立數(shù)據(jù)采集站，可進(jìn)行云下飛行。

1.6.2 高分辨率圖像和高精度定位數(shù)據(jù)獲取能力

由于無(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)和便捷，在結(jié)合數(shù)據(jù)采集設(shè)備的高分辨率和較高精度的定位功能，使得其在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中更加具有優(yōu)勢(shì)，皆可選擇搭載不同波段的傳感器例如全色波段、單波段、多波段等進(jìn)行多角度的影像數(shù)據(jù)采集。傳感器系統(tǒng)本身也可將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，以便應(yīng)用分析和與其他數(shù)據(jù)源的快速融合處理。

1.6.3 搭載多設(shè)備的應(yīng)用拓展能力

由于搭載設(shè)備的多樣性和機(jī)動(dòng)靈活性，使得無(wú)人機(jī)具備更多的應(yīng)用拓展能力。根據(jù)不同傳感設(shè)備的特性將其應(yīng)用于不同的生產(chǎn)用途，滿足不同用途遙感影像數(shù)據(jù)的采集。例如多光譜成像儀、熱成像儀和高光譜成像儀的使用用途截然不同。

1.6.4 設(shè)備較低的運(yùn)營(yíng)成本，便利的系統(tǒng)維護(hù)

無(wú)人機(jī)和其系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)建費(fèi)用比較低，在各項(xiàng)工程使用中可以節(jié)約成本，降低工程造價(jià)。其維護(hù)費(fèi)用、運(yùn)營(yíng)成本、和操作成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于載人機(jī)系統(tǒng)。

2 地質(zhì)勘探靶區(qū)確定及影像數(shù)據(jù)地質(zhì)解譯和礦化帶圈定

2.1 勘探預(yù)測(cè)區(qū)確定

文章通過(guò)遙感進(jìn)行地質(zhì)解譯，首先利用衛(wèi)星影像圖從宏觀上進(jìn)行各類與成礦控礦有關(guān)構(gòu)造的解譯。礦化蝕變巖石的光譜波段與其周圍的別的巖石不一樣，形成了異常光譜。可以根據(jù)這些異常光譜，圈定礦化蝕變異常區(qū)和確定地質(zhì)勘探靶區(qū)；在對(duì)重點(diǎn)區(qū)域采用低空遙感技術(shù)獲取的高分辨率遙感影像，以進(jìn)行細(xì)部研究，從而找出勘探預(yù)測(cè)區(qū)。

2.2 遙感圖像解譯及礦化帶圈定

采用低空遙感技術(shù)對(duì)靶區(qū)進(jìn)行無(wú)人機(jī)航飛，通過(guò)一系列的內(nèi)業(yè)處理，得到分辨率為0.2 m 的正射遙感影像DOM，并對(duì)其進(jìn)行遙感地質(zhì)解譯，結(jié)合礦區(qū)的實(shí)地勘查及區(qū)域物探異常等資料的綜合處理與分析，獲得研究區(qū)遙感地質(zhì)地層解譯結(jié)果圖，初步圈定出成礦帶，為礦區(qū)找礦提供資料與技術(shù)支撐。

3 結(jié)論

遙感技術(shù)由于其技術(shù)優(yōu)勢(shì)綜合、經(jīng)濟(jì)、高效等被地質(zhì)工作者廣泛應(yīng)用，成為一種新的找礦實(shí)踐手段。文章通過(guò)對(duì)低空遙感技術(shù)獲取的高分辨率影像進(jìn)行地質(zhì)解譯，再結(jié)合區(qū)域物探異常資料進(jìn)行成礦帶的圈定，這種技術(shù)方法可以從宏觀上解析控礦條件，并以點(diǎn)帶面的進(jìn)行地質(zhì)填圖工作，可以大大提高工作效率，減少外業(yè)工作量。并為研究礦區(qū)下一步找礦工作提供資料和信息技術(shù)支撐。