王昊 楊金中 邵治濤 汪勁 李少陽(yáng) 劉暢 鄒琴英

摘要：隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展與不斷進(jìn)步，其與衛(wèi)星遙感技術(shù)形成互補(bǔ)，在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感調(diào)查中逐漸發(fā)揮重要作用。本文以礦山調(diào)查中的實(shí)例，探索了無(wú)人機(jī)與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)使用對(duì)比效果以及在野外查證中的應(yīng)用，分析了無(wú)人機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為今后無(wú)人機(jī)在礦山遙感調(diào)查中的廣范應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);遙感調(diào)查;礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境

中圖分類號(hào)：X87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）10-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.055

Abstract： With the rapid development and continuous improvement of Unmanned Aerial Vehicle （UVA） technology， it complements satellite remote sensing technology and gradually plays an important role in remote sensing survey of mineral resources development environment. Based on the examples in the mine survey， this paper explores the comparison effect between UAV and satellite remote sensing data and its application in field verification. It analyzes the technical advantages of UAV and lays a foundation for the future application of UAV in mine remote sensing survey.

Key words： Unmanned Aerial Vehicle; Remote sensing survey;mineral resources development environment

我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，但由于礦山開(kāi)采方式、開(kāi)采礦種、技術(shù)水平以及地質(zhì)條件的差異，導(dǎo)致全國(guó)在采和廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜。以往礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查主要依靠調(diào)查人員實(shí)地踏勘，其耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、觀察效率低。自1972年第一顆Landsat-1遙感衛(wèi)星發(fā)射至今，遙感衛(wèi)星數(shù)量增長(zhǎng)至上百顆、分辨率也由早期的78m提升至亞米級(jí)，尤其在GF2、GF1、ZY3等國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用下，依靠衛(wèi)星遙感所具有的調(diào)查范圍廣、監(jiān)測(cè)時(shí)間連續(xù)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)[1]，我國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況和礦產(chǎn)資源地質(zhì)環(huán)境陸域全覆蓋的遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)[2-3]。近年來(lái)，隨著無(wú)線電通訊和光學(xué)成像技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)與衛(wèi)星遙感技術(shù)形成互補(bǔ)，在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感調(diào)查中得到廣泛應(yīng)用。

1 無(wú)人機(jī)的發(fā)展與優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)的概念最早于20世紀(jì)20年代提出，主要作為軍事訓(xùn)練中的靶機(jī)使用。發(fā)展至今，按用途主要分為軍用和民用兩種，并廣泛應(yīng)用于軍事偵查、應(yīng)急救災(zāi)、遙感測(cè)繪、攝影、運(yùn)輸?shù)榷喾N領(lǐng)域;按結(jié)構(gòu)可分為固定翼、旋翼、傘翼、撲翼以及飛艇等類型[4]。

其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要包括三個(gè)方面：

1.1 影像質(zhì)量

目前礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查工作較常用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)包括：

PLB、YG8、CB04、SPOT、Rapideye等5米分辨率數(shù)據(jù);

ZY3、GF1、02C、SJ9等2m分辨率數(shù)據(jù);

IKONOS 等1m分辨率數(shù)據(jù);

GF2、Worldview等亞米分辨率數(shù)據(jù)。

而根據(jù)結(jié)構(gòu)和搭載能力的不同，無(wú)人機(jī)可配備多種參數(shù)的相機(jī)，其影像經(jīng)處理后分辨率能夠保持在0.2～0.5m，分辨率的提高能夠顯著提升圖斑邊界、地物判定等遙感解譯的準(zhǔn)確率。

1.2 機(jī)動(dòng)性

無(wú)人機(jī)體積較小，對(duì)起降場(chǎng)地要求低，能夠在礦區(qū)附近實(shí)現(xiàn)近距、快速起飛[5]，且由于飛行高度的可控性，與有人機(jī)和遙感衛(wèi)星相比，無(wú)人機(jī)受云層影響相對(duì)較小。

1.3 時(shí)效性

衛(wèi)星遙感影像形成成果數(shù)據(jù)前需經(jīng)過(guò)衛(wèi)星與地面站的數(shù)據(jù)傳輸、圖像預(yù)處理、幾何糾正、鑲嵌等復(fù)雜的處理過(guò)程，進(jìn)而降低了遙感數(shù)據(jù)的時(shí)效性;無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)能夠在飛行過(guò)程中同步傳輸，并利用機(jī)載GPS記錄對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)控制點(diǎn)快速糾正，形成能夠滿足信息提取要求的初步成果數(shù)據(jù)。

基于上述三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)技術(shù)能夠與衛(wèi)星遙感技術(shù)形成互補(bǔ)，并廣泛應(yīng)用于礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查。

2 礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感調(diào)查中的應(yīng)用

2.1 重點(diǎn)礦區(qū)補(bǔ)充遙感調(diào)查

重點(diǎn)礦區(qū)內(nèi)礦山開(kāi)發(fā)密集、礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題突出，是礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感調(diào)查的重點(diǎn)區(qū)域，但受衛(wèi)星重訪周期、天氣等因素影響，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可能存在分辨率低、云霧覆蓋多等問(wèn)題，從而影響礦山地物的判斷與解譯。

無(wú)人機(jī)飛行高度較低避免了有云、霧干擾，且影像所反映出的地物紋理與顏色更真實(shí)，能夠更清晰的反映出露天采場(chǎng)、選礦場(chǎng)、廢石堆、礦山建筑等礦山典型地物的邊緣及與周圍地物的色彩差異，以及體積相對(duì)較小的機(jī)械設(shè)備、沉淀池、管線和注液井網(wǎng)等設(shè)備設(shè)施。

2.2 輔助野外查證

我國(guó)大部分礦區(qū)位置偏僻、交通狀況欠佳，地質(zhì)條件復(fù)雜，因常年廢棄物堆積和開(kāi)采造成的地表植被破壞可能導(dǎo)致滑坡、泥石流、崩塌、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，除上述惡劣的環(huán)境因素外，部分在采礦山因安全、環(huán)境、用工等多種因素，往往在礦區(qū)周圍設(shè)置圍欄等設(shè)施阻止外人進(jìn)入，增加了地質(zhì)調(diào)查人員礦山實(shí)地勘察的難度。

以西部地區(qū)某縣為例。2017年實(shí)地調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)該縣南部存在多處磚廠，但因各磚廠多有圍墻、鐵絲網(wǎng)等阻隔難以進(jìn)入，而近年衛(wèi)星遙感影像質(zhì)量較差，無(wú)法準(zhǔn)確判別磚廠內(nèi)是否存在磚瓦用粘土等礦產(chǎn)資源開(kāi)采行為。

針對(duì)上述情況，野外調(diào)查人員收集了我國(guó)西部地區(qū)無(wú)人機(jī)禁止飛行區(qū)域資料，確認(rèn)該地區(qū)不存在禁飛區(qū)和限飛區(qū);基于攜帶方便、操作快捷、噪聲低、鏡頭配置高等因素，選用大疆無(wú)人機(jī)（御Mavic Air）;結(jié)合影像反映的磚廠分布范圍和實(shí)地調(diào)查情況，以磚廠南側(cè)約50m的一處空地為無(wú)人機(jī)起降點(diǎn)。在2018年9月中旬實(shí)地調(diào)查工作中，進(jìn)行了無(wú)人機(jī)實(shí)地查證。本次無(wú)人機(jī)查證起飛至降落總時(shí)長(zhǎng)約5min，最遠(yuǎn)飛行距離615m，獲取視頻實(shí)際時(shí)長(zhǎng)3分33秒，視頻內(nèi)容記錄3處磚廠內(nèi)廠房和戶外人員活動(dòng)，以及磚廠對(duì)附近山體的開(kāi)采和破壞情況。

3 結(jié)論

無(wú)人機(jī)技術(shù)以其在分辨率、機(jī)動(dòng)性和時(shí)效性等方面的優(yōu)勢(shì)與衛(wèi)星遙感技術(shù)形成互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了以衛(wèi)星遙感影像為主體，以無(wú)人機(jī)影像為局部補(bǔ)充的多層次、立體式礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感調(diào)查，其獲取的高清照片和視頻、進(jìn)行的礦山測(cè)量[6]、建立的三維立體模型等資料實(shí)現(xiàn)了礦山調(diào)查的精細(xì)化，豐富了調(diào)查成果的表現(xiàn)形式。與此同時(shí)，無(wú)人機(jī)在滿足遙感調(diào)查要求的基礎(chǔ)上，推動(dòng)了礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感調(diào)查工作的變革與進(jìn)步，促進(jìn)了無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)要求與應(yīng)用規(guī)范制定、技術(shù)人員培養(yǎng)、數(shù)據(jù)快速處理軟件應(yīng)用、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-08-07

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“全國(guó)礦山環(huán)境恢復(fù)治理狀況遙感地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測(cè)（編號(hào)：202012000000180007）”資助。

作者簡(jiǎn)介：王昊（1985-），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)檫b感地質(zhì)等。