在地质勘查工作中引进无人机航测与遥感技术

在地质勘查工作中引进无人机航测与遥感技术

李超吴天才

关键词：无人机，航空摄影测量与遥感技术；虚拟测量；地质勘查应用

1无人机航测遥感技术的发展

近年来，随着现代遥感测绘与航空通讯技术的不断发展，无人机应用已扩展到经济社会的许多领域。无人机航测遥感技术在应急测绘保障、国土资源监测、重大工程建设等方面得到广泛应用。

自2015年3月5日国务院总理李克强在《政府工作报告》中提出制订“互联网+”行动计划以来，全社会都在积极探讨“互联网+”与自身行业的结合。然而，几乎同时，互联网企业进军“+无人机”市场，如腾讯、小米等互联网企业纷纷开展无人机业务。于是“无人机+”带给人们无尽的想象。

无人机与传统行业相结合，拥有巨大的应用领域和广阔的发展前景；无人机作为一个空中的平台，具备什么功能取决于携带什么机载设备，如携带机载激光雷达、高分辨数码相机、多光谱CCD相机、红外摄像仪、矿磁系统等机载设备，结合卫星定位技术、无线通信服务和相应的处理技术，形成了无人机航测遥感技术，无人机航磁技术等，开始应用到矿产资源勘查，地质灾害监测，国土资源管理等领域。

与传统的载人飞机相比，无人机遥感具有超低空作业、测控精度高、环境适应性强等明显优势；辅以信息化的地面设备，能更快速、实时完成测绘拼图；在地质勘查中，可根据需要自由更换机载设备；三维建模使城市规划更直观，工程选址更精确，建设布局更科学。

2无人机与航测遥感技术

遥感影像图的高精度几何定位和几何纠正就是解析测量现代理论的重要应用；数字摄影测量中的影像匹配理论可用来实现多时相，多传感、多分辨率遥感图像的融合和配准；自动化定位理论可用来快速、及时的提供具有“地学编码”的遥感影像；两者有机结合已成为地理信息系统（GIS）技术中的数据采集和更新的重要手段。由于无人机提供了前所未有的高分辨率、高精度成果，平面和高程外符合精度均可达到5-10cm。在如此高的精度支撑下，结合遥感影像解译判读，对要素从定量到定性工作，在室内将变得轻而易举。

2.1无人机与航空摄影测量

2.2.1航空摄影测量技术路线

通常无人机完成空中影像和POS数据采集后，结合地面像控点测量数据，经过空三解算，生成数字高程模型（DEM）和正射影像（DOM），进入数字线划图（DLG）生产阶段，创建立体模型后通过计算机立体视觉方式，结合外业调绘提取地物要素。随着无人机数据处理技术的开发应用，以Pix4D、南方SouthUAV等为代表的无人机影像处理软件，将传统数据生产方法自动化，通过傻瓜式的一键后处理模式，直接处理得到DOM、DSM、点云等类型成果。

2.2.2航空摄影测量与虚拟测量

无人机获取DOM的分辨率从1cm到20cm，视觉效果非常理想，从二维平面角度分辨道路、房屋等边界信息直观便捷。但在分析提取地物影像纹理相似的区域，及坡坎等有高差的区域，存在严重不足。而DEM/DSM虽然表达了地面高程变化，用于精确的计算提取坡度信息，但在可视化方面相比DOM有着巨大的差距。

虚拟测量就是将DOM和DEM/DSM叠加套合，在计算机中创建三维虚拟环境，充分发挥了DOM和DEM/DSM分辨率高、显示效果精细的优点，使得测量者在计算机上就可以感受身临其境的效果，在其中进行地物和特征线的提取工作。

虚拟测量为无人机测绘成果中的应用，提供了一种崭新的作业方式，测量从传统的外业为主转化为内业为主。随着智能化的发展，自动提取特征边界、创建三维模型的技术将很快完善起来，将测量员从繁重且重复的外业和内业工作中解放出来，无人机成果数据的应用也将开启全新的时代同时，通过将3D模型直接插入三维虚拟环境中，用户可进行各种模拟和漫游，并设计路线和镜头，生成电影。为非专业测量用户提供丰富易懂的成果。叠加前后效果对比见图5、图6。

2.2航测遥感技术在资源勘查中应用

遥感主要回答观测目标是什么（定性），分布在何处（定位），有多少（定量）的问题。遥感技术的发展极大地拓宽了人类的视野和视觉能力，以其宏观性、综合性、多尺度、多层次的特点，已成为人类研究地球表层系统提供有力的工具，也成为地质研究和地质勘查不可缺少的技术手段。

在地质调查、矿产勘查、地质环境评价、地质灾害监测和基础地质研究等方面应用“波段组”理论，将这些波段形成组合波段。组合波段图像图面色彩丰富，层次感强，具有丰富的地质信息和地表环境信息；且清晰度高，干扰信息少，地质可解译度高，各种构造形迹（褶皱及断裂）显示清楚，不同类型的岩石区边界清晰，岩石地层单元的边界、特殊岩性的展布以及火山机构也显示清楚。

利用航测遥感技术就是以遥感图像解译为主，结合地质、物化探资料进行研究的综合方法。极大的丰富地质要素内涵。现实性强，并能快速成图，能更好的满足地质勘探服务急需要求。

3无人机航测遥感技术应用到地质勘查中去

3.1无人机航测遥感技术满足地质勘查精度要求

利用无人机数据可获取高精度的地表三维数据，并通过协同作业的侧视图像进行快速建模，可生成DEM、三维正射影像图、三维倾斜影像、三维景观模型、三维地表模型等三维可视化数据。经像控加密测量，应用相应的软件处理生成各种中大比例尺的地形图及“4D”产品为工程建设服务。其精度能达到1：1000地形图精度要求，满足相应比例尺工程用图要求。

由航空摄影测量和遥感技术有机结合，加上虚拟测量技术的应用。无人航测遥感技术完全满足相应地质勘查要求，在地质勘查方面应用由此而生。

3.2无人机航测遥感技术在地形图测绘中的应用

无人机的出现使地形图测绘不在是难事，他摒弃了传统的手工测图方法，使新的地形图测绘工艺得到突飞猛进的发展，地形图成图快，成果精度高，现实性强。

以宁夏××矿区勘探项目为例，介绍该工程采用南方的AS1200型无人机。在前期地形图测绘和地质填图等工作中的应用。项目位于宁夏南部，面积56平方公里，于平原和丘陵过度地带，地势最大落差110米，根据项目要求用无人机航测完成1：2000地形图及后续勘查测量工作。其工作流程见图3

图3

1、技术要求

航线规划设计：根据测区范围、地形高差、成图比例尺、分辨率、测区平均高程基准面以及无人机对测区安全要求进行规划设计航线。

（1）获取的影像为真彩色数字影像。

（2）按照20cm地面分辨率进行航线设计。

（3）航线按照图廓中心线敷设，航向重叠60%—80%；旁向重叠15%—60%。

（4）航片倾角不大于5度，最大不超过12度，数码相机旋偏角不大于15度。

2、航空摄影测量

根据测区范围，考虑航线重叠度及航摄有效作业范围，该项目设计10个飞行架次。结合摄区的地形条件、成图方法及诸因素综合考虑。在确保精度的前提下，本着有利于缩短成图周期、降低成本、提高测绘综合效益的原则选择。本次飞行设定相对飞行高度为600米。

（1）航片重叠

航向重叠度设计为80%，实际飞行重叠度在70%—85%范围内；相邻航线的像片旁向重叠度设计为50%，实际飞行重叠度在45%—55%范围内，符合规范要求。

（2）航高保持

同一条航线上相邻像片的航高高差不大于20m，最大航高与最小航高之差不大于30m。航摄分区内实际航高与设计航高之差不大于50m；当相对航高大于1000m时，其实际航高与设计航高之差不大于设计航高的5%。

3、像控点测量

像控点测量和无人机航空摄影测量工作同步进行，另一作业组采用RTK测量仪器利用NXCORS信号直接采集像控点，精度按规范要求。

4、空三加密

本项目采用天巡航测影像处理系统以无人机所获取的低空影像和POS数据为主要数据源，利用南方SouthUAV2.0，通过像点提取连接、野外像控点检查和转刺、区域网平差等过程，满足规范和技术设计要求，形成空三加密成果。

5、立体测图

由空三加密成果恢复立体建模，利用南方SouthUAV2.0软件，按测图要求进行数据采集，在南方cass9.1软件下进行编辑成图，成果图打印野外检查，核实和定性，内业根据野外检查核实，进行修改，最后形成标准地形图成果（DLG线划图）见图4：

图4

6、DEM、DOM制作

在输出空三加密成果的前提下，设置格网间距、视差及高程范围，生成数字高程模型（DEM）；利用SouthUAV2.0系统生成的初步正射影像成果，经过iData模块进行颜色与几何处理，对影像镶嵌线边缘的镶嵌错位处理，最终得到满足正射影像成果要求的产品。

3.3航测遥感在地质调查方面应用

航摄像片是以影像的表现形式提供了丰富的地面信息。根据像片影像所显示的各种规律，借助相应的仪器设备及相关资料，采用一定的方法对像片影像进行判读，从而确认影像所表示的地面物体的属性、特征，为测制地形图或为其他专业部门提供必要地形要素。

与传统全野外测量相比，无人机低空遥感技术可大大减少野外工作量，提高成图效率，且运行成本较低。同时，利用真彩色正射影像数据，在地质勘查中设计人员可更清楚直观的查看区域地势概况，山川河流走向，岩层覆盖层与裸露，地类界与地性线提取；利用DEM数据，可方便的进行岩层与矿产露头走向与倾向量算，坡度和土石方量的计算；在三维虚拟环境下，测量员可以轻易的从不同角度浏览数据，辨别提取地物边界、高程点等信息。通过叠加对比，可准确直观的分析工程施工与设计的一直性及最终成效，有利于成果验收。

（1）提取特征点线、面积量算

在三维虚拟环境下，测量员可以轻易的从不同角度浏览数据，辨别提取地物边界、岩石裸露、地物覆盖等信息。

量算岩石露头及矿产露头走向与倾角，在三维虚拟环境下，宏观掌握矿产资源量的变化趋势等信息，为地质勘查提供丰富信息源。如下图5所示：

4结束语

无人机航测遥感技术，以其高效率、低成本、现实性强、成果精度高等优势广泛应用到国民经济发展各领域，并取得巨大的经济利益。随着科技发展，无人机航测遥感技术朝着智能化领域扩展。

随着地理信息扩展，地质工作各种GIS系统应用，各种分析手段和应用模型的出现，信息化遥感测绘技术体系建设将主要围绕地理空间信息获取、处理、管理与服务这一信息流程来展开。在资源勘查，地质勘探领域也将快速应用，航测遥感技术无疑在地质勘探领域将会得到更快的发展，为我们从事地质勘查提供更丰富的信息资源，彻底改变传统地质工作模式，地质工作技术的应用与服务也将呈现新的景象。

参考文献：

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