基于无人机遥感技术的矿山地质精细化测绘方法_高霞飞.pdf

基于无人机遥感技术的矿山地质精细化测绘方法高 霞 飞（湖北省地质局第四地质大队，湖北 咸宁 437100）摘要：为提高地质测绘图像的清晰度，引进无人机遥感技术，设计矿山地质精细化测绘方法。根据无人机遥感测绘作业的需求，参照采用航空网络和地区网络的布局方式，利用航线网络，在各高程航线间设置适当数量的像控点；使用 CGO 技术，处理测绘中的网络平差数据，采集无人机遥感测绘信息；计算镜头误差的方式，建立一元线性回归方程，补偿并处理测绘数据；自动连接多个提取点，执行自动操作，转化成果文件；利用地质空间复合体模板，录入点、线、面等参照性数据，生成矿山地质测绘结果三维模型，实现对矿山地质的精细化测绘。以某地区大型矿山工程为例，设计对比实验，实验结果证明：设计的地质测绘方法，在矿山地质测绘时的实用性更强，可以确保测绘图像的清晰度在 80%以上。关键词：无人机；测绘方法；精细化；地质；遥感技术；矿山中图分类号：P623.1文献标志码：A文章编号：1009-0797（2023）02-0010-04Fine mapping method of mine geology based on UAV Remote Sensing TechnologyGAO Xiafei（Fourth Geological team of Hubei Geological Bureau,Xianning437100,China）Abstract:In order to improve the clarity of geological mapping images,the UAV remote sensing technology is introduced and the minegeological fine mapping method is designed.According to the requirements of UAV Remote Sensing Surveying and mapping operation,withreference to the layout of aviation network and regional network,an appropriate number of image control points are set between the altituderoutes by using the route network;Use CGO technology to process network adjustment data in surveying and mapping and collect remotesensing surveying and mapping information of UAV;The method of calculating the lens error,establishing a linear regression equation,compensating and processing the surveying and mapping data;Automatically connect multiple extraction points,perform automatic operations,and convert the result files;By using the geological space complex template,the reference data such as points,lines and planes are input,andthe three-dimensional model of mine geological mapping results is generated to realize the fine mapping of mine geology.Taking a large-scalemine project in a certain area as an example,a comparative experiment is designed.The experimental results show that the designed geologicalmapping method is more practical in mine geological mapping and can ensure that the clarity of the mapping image is more than 80%.Keywords:unmanned aerial vehicle；surveying and mapping methods；refinement;geology；remote sensing technique；mines0引言鉴于国内航空航天科研技术研究的日益成熟，以及对民用应用的需要，无人机遥感技术成为了各个行业发展的主要支撑技术。相比传统的测绘技术，此项技术具有时效性高、集成性强、智能化优势显著等特点，随着与之相关研究的深入，无人机遥感技术已经渗透到了市场内多个作业领域，成为了现阶段我国科研工作的研究重点与未来无人机遥感发展的主要趋势 1。在深入行业发展的研究中发现，矿山工程是维系并支撑我国工业发展的主要工程项目，为满足经济建设与发展需求，矿产资源的开发规模越拉越大、行业对矿产资源的需求量越来越高 2。加之矿山工程作业具有一定的风险性，通常需要在开发前安排专业地质勘查人员调研地质数据，通过此种方式，掌握矿山地质结构、地质条件、水文地质环境，利用此方面的数据与信息，制定完善、优化的矿山工程施工方案。大部分赋存矿产资源的矿山具有地质环境复杂的特点，甚至存在一些危险区域，包括地质裂缝、塌陷等区域。而安排人工执行此项工作，不仅耗时、耗力，还会存在勘查结果与实际结果偏差较大的问题。为解决此种问题，为矿山工程的规范化实施提供全面的技术指导与帮助，本文将在此次研究中，将无人机遥感技术作为支撑，设计优化的地质测绘方案，将现代化技术贯穿在矿山工程测绘工作中，保证矿山工程的安全、有序开发。1布置无人机遥感测绘像控点与数据采集为实现对矿区地质环境的精准测绘，在设计方法前，根据无人机遥感测绘作业的需求，布置对应的像控点。像控点是常规测绘与地质测量中的控制点，其主要目标是通过布置控制网络，使测绘结果具有2023 年第 2 期煤矿现代化第 32 卷基金项目：湖北省地质勘查基金-湖北省通山县泉塘王矿区金矿勘查（鄂地勘基金合20215）10DOI:10.13606/ki.37-1205/td.2023.02.016较高的准确性，布置中，参照采用航空网络和地区网络的布局方式，控制航线网络的绝对方向，纠正航线网络的变形 3。同时，应充分利用航线网络，在各高程航线间设置适当数量的像控点，拍摄规模和成图比例、航段高度的差异，会直接造成基线数目的差异，因此，应在在关键位置布设两个平面高像控点，以平面为无人机遥感航摄方向时，设置至少 7 个不同跨度的基线 4。完成基线的布置后，使用 GPS 静态观测法，校正像控点的平差。在此基础上，设计无人机遥感测绘作业参数，具体参数见表 1。表 1无人机遥感测绘作业参数在此基础上，使用 7.5.2 及以上版本的 Topcon工具，处理基准数据，从而产生基线矢量文件。同时，使用 CGO 技术，处理测绘中的网络平差数据，结合WGS-84 完成三维无约束网的平差运算，并将所获取的数据录入加密坐标中 5。为确保像控点采集数据的准确性，在测绘中，需要随机抽验原始资料，确保原始的地质数据在平面上的误差 5 cm，高程位置偏差 1i2（5）式中：dmin表示最小误差预处理目标函数表达式；表示数据相关性；n表示关系系数。在上述内容的基础上，自动连接多个提取点，执行自动操作，转化成果文件。转化过程中，将完成处理后的数据划分为 POS数据与非 POS 数据，将具有相同特点的 POS 数据转化为航带数据，其他数据录入计算机处理终端，通过此种方式，实现对测绘图像与数据的定向编辑 9。当自动转点结束后，可以在平面视图中观察节点的分布，在图像中没有连接的地方，可以人为地增加连接点，删除非连接节点。同时，按照空三的预览功能，测量空中三角。在迭代测绘数据时，可能会出现生成连续图像或连续图像存在较大误差的问题 10。针对此种情况，可以采用调整相位点权值的方式，排除其中的误差点，将权值设定为与图像的分辨率相近的数值，用 patb 进行空三运算，使用 Pri 打开文件，检查生成的图像中是否存在位置偏差点。如检查后发现生成的图像中存在位置偏差点，可重复上述步骤，重新校正并预处理采集的地质测绘数据，二次生成图像。如检查后未发现生成的图像中存在位置偏差点，即将数据录入测绘终端，利用地质空间复合体模板，录入点、线、面等参照性数据，生成矿山地质测绘结果三维模型。将测绘数据逐步录入三维模型中，通过此种方式，实现对模型的填充，以此完成基于无人机遥感技术的矿山地质精细化测绘方法的设计。3对比实验完成上述设计后，为实现对设计方法在实际应用中效果的校验，下述将以某地区大型矿山工程为例，结合矿山开发的实际需要，展开针对该矿区的地质测绘工作。测绘工作前，与此矿山的承包单位交涉，明确该矿山具有地质结构复杂、人工测绘作业难度高等特2023 年第 2 期煤矿现代化第 32 卷序号项目参数（1）测绘卫星高度角 15（2）有效观测卫星数量 5 个（3）任意卫星站持续观测时长 15 min（4）单次作业时长 45 min（5）地质数据采样间隔10 s（6）空间几何图像强度因素 1.511点。正因如此，相关矿区的测绘工作一直处于相对滞后状态。在需测绘工作前，根据相关工作的具体需求，获取矿区概况信息，相关内容见表 2。表 2测绘矿区地质基本情况根据现阶段针对该地区的地质勘查可知，该矿区赋存大量的矿产资源，根据相关负责人与技术人员的预测，该矿山现有的矿产资源量高达 7.8 亿 t，属于国内大型有色金属矿。在深入对矿区的调查中发现，此矿区占地面积约 135.28 km2，不同矿点的海拔高度在 110175 m之间，主要地貌包括熔岩地、丘陵地。矿产资源的分布较为稀疏，根据预测此矿山共有 152 个采矿点，不同的矿体可产出的矿产资源量存在显著差异。同时，每个矿体所在地的地质结构层厚度也存在差异，部分区域的矿体呈现裸露状态，也有部分矿体的埋深较深，区域的平均含矿量为 0.912 t/m3。为满足此矿区的开发需求，提出针对此矿区的地质精细化测绘工作。测绘前，选型无人机遥感测绘设备，具体参数见表 3。表 3无人机遥感测绘设备技术参数按照上述方式，完成矿山地质测绘前的准备工作。测绘过程中，根据矿区的地质测绘需求，布置无人机遥感测绘像控点。采集地质测绘数据，按照规范预处理数据。为满足测绘结果的精细化需求，校正测绘结果，对矿山地质环境进行三维建模。在此基础上，引进基于光谱遥感技术的测绘方法与基于地理信息系统的测绘方法，将提出的两种方法作为传统方法 1 与传统方法 2。分别使用本文方法与传统方法，在此矿区展开精细化测绘工作，将不同测绘高度下的矿山地质测绘反馈图像清晰度，作为评价设计方法可靠性的关键指标。清晰度计算公式如下。C=M-mM+m100%（6）式中：C表示矿山地质测绘反馈图像清晰度，计算单位为%；M表示图像的直透射量；m表示图像的散透射光通量。对比 3 种方法的测绘效果，将其作为此次对比实验的最终结果，统计结果如图 1 所示。图 1矿山地质测绘图像清晰度对比上述图 1 中：（1）表示本文方法测绘图像的清晰度；（2）表示传统方法 1 测绘图像的清晰度；（3）表示传统方法 2 测绘图像的清晰度。从上述图 1 所示的实验结果中可以看出，随着测绘高度的增加，传统方法的测绘图像清晰度呈现下降趋势，而本文方法测绘图像的清晰度仍维持在一个相对较高的水平。因此，在完成上述实验后，得到如下