韋 莉
(甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學院,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。通過無人機技術(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,不但耗費的成本少,而且客觀性強,耗時少。
文章以實現(xiàn)研究區(qū)某銅礦床及其他礦產(chǎn)資源潛力評價,圈定成礦帶為核心目標,利用低空遙感技術(shù),通過獲取研究區(qū)無人機影像資料進行遙感成礦地質(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找礦路徑。
首先將收集到的衛(wèi)星遙感影像進行預(yù)處理,包括幾何配準和統(tǒng)一參考系,利用光譜異常信息,進行遙感成礦地質(zhì)信息提取,圈定礦化蝕變異常區(qū)和確定地質(zhì)勘測靶區(qū);接著對收集到的地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)、物探資料、礦產(chǎn)資料進行處理,包括柵格化配準和統(tǒng)一參考系等,并與無人機獲取的高分辨率遙感影像(0.2 m)進行融合,最后結(jié)合實地勘查、成礦理論等多元資料,進行研究區(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,并對最終解譯成果進行驗證,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
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。
幾何配準:把從不同單位收集到的不同格式的數(shù)據(jù)資料進行統(tǒng)一的預(yù)處理,即把收集到的柵格數(shù)據(jù)進行幾何配準,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更好地與遙感數(shù)據(jù)融合。
統(tǒng)一參考系:我國1 ∶5 萬比例尺成圖采用高斯-克呂格投影,地理坐標是2 000 國家大地坐標系,為了使投影后長度變形盡可能的小,按6°經(jīng)差將我國區(qū)域自西向東劃分為若干個投影帶。不同來源的數(shù)據(jù)參考坐標不一樣,所以通過投影變換使所有數(shù)據(jù)的參考系統(tǒng)一,以便后期更好的使用數(shù)據(jù)。
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;同時要詳細分析和識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,是目前地質(zhì)工程找礦中常用的重要技術(shù)手段。
近年來,學者應(yīng)用遙感地質(zhì)理論進行金屬礦產(chǎn)勘查預(yù)測,并深入研究遙感地質(zhì)解譯方法,基于遙感信息優(yōu)勢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、物探等信息進行綜合分析,可以較準確地圈定成礦遠景預(yù)測區(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)對靶區(qū)進行無人機航飛,采集分辨率高的航空遙感影像圖,參考地質(zhì)勘探人員實地勘探工作和成礦理論,從而判斷出成礦帶。
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傳感器與多道伽瑪能譜晶體的大飛機進行普通找礦,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)點是找礦效率高,易于發(fā)現(xiàn)一些大型礦床;缺點是找礦時容易漏掉大部分中心型礦床,大飛機的飛行成本很高,需要專門機場、跑道與維護檢修,并且需要找礦部門與民航協(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,我國的低空遙感技術(shù)得到了快速發(fā)展。學者采用有效載荷15~20 kg 的無人機,在河北灤縣、山東蓬萊進行航測找礦,生成低空大比例航磁找礦圖,找礦效果評價良好。這種找礦技術(shù)優(yōu)點明顯,無需跑道,適應(yīng)山區(qū)各種復(fù)雜的氣候地質(zhì)條件,并且成本相對低,取得了不錯的找礦業(yè)績。
專家在中國地質(zhì)調(diào)查局的某次遙感地質(zhì)找礦會議上表示,充分結(jié)合遙感技術(shù)、傳統(tǒng)地質(zhì)學信息和現(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)查等方面開展扎實有效的調(diào)查研究,在遙感地質(zhì)找礦領(lǐng)域取得新的突破。
1.5.1 無人機獲取高分辨率影像
文章采用搭載高分辨率數(shù)碼相機或高光譜傳感器的無人機對靶區(qū)進行低空拍攝,獲取航測精度為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)勢是精度高、獲取速度快又便捷。
通過地面控制系統(tǒng)對無人機進行一系列設(shè)計,包括航線設(shè)計、拍攝間距設(shè)計以及拍攝相片的重疊度設(shè)計,無人機升空后,操作人員遠程遙控無人機進行低空數(shù)據(jù)的采集,主要是通過地面控制系統(tǒng)發(fā)送“開始/終止拍攝”指令,指令通過雙向通訊電臺傳至無人機飛控系統(tǒng)核心——自動駕駛儀內(nèi),自動駕駛儀發(fā)送相應(yīng)的開關(guān)脈沖信號給相機開關(guān)部件,從而獲取高分辨率低空遙感數(shù)據(jù)。
1.5.2 無人機數(shù)據(jù)處理
(1)將利用低空遙感技術(shù)獲取的高分辨率無人機遙感數(shù)據(jù),導入到專業(yè)的數(shù)字攝影測量系統(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,設(shè)置對應(yīng)的參數(shù),生成單個表面模型DSM。無人機影像數(shù)據(jù)制作流程圖詳見圖2。
圖2 無人機影像數(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?。菏紫仍O(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不同特征數(shù)字表面模型的優(yōu)點的基礎(chǔ)上,融合所有的DSM,得到測區(qū)精度較高的數(shù)字表面模型DSM。
(3)利用軟件自動剔除數(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)之嚴格切準地表面,生成滿足精度要求的高質(zhì)量的單個數(shù)字高程模型DEM,最后由軟件自動拼接所有的單個DEM 數(shù)據(jù),得到測區(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)點平面坐標連續(xù)且符合格網(wǎng)間距要求,同時高程地形圖連續(xù)且滿足地形平滑連接的總體要求,即使地形出現(xiàn)跳變,也和測區(qū)地貌特征一致。采用數(shù)字高程模型對原始影像進行正射校正處理,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入到影像處理系統(tǒng)中,對正射影像即DOM 進行全自動處理,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 自動判斷地物優(yōu)化生成鑲嵌線,同時圖幅與圖幅之間自然鑲嵌,無縫拼接,使所有地物要素都清晰可見。
(7)按照項目研究要求對生成的數(shù)字正射影像DOM 進行分幅裁切,DOM 成果數(shù)據(jù)邊緣處地物清晰可見,且鑲嵌處的地物也沒有出現(xiàn)扭曲和模糊的現(xiàn)象。
1.6.1 機動便捷的操作能力
在無人機技術(shù)發(fā)展迅速的今天,在各種場景使用中其機動便捷的特點尤為突出,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)測區(qū)附件設(shè)立數(shù)據(jù)采集站,可進行云下飛行。
1.6.2 高分辨率圖像和高精度定位數(shù)據(jù)獲取能力
由于無人機的機動和便捷,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)采集過程中更加具有優(yōu)勢,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)備的多樣性和機動靈活性,使得無人機具備更多的應(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)備較低的運營成本,便利的系統(tǒng)維護
無人機和其系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)建費用比較低,在各項工程使用中可以節(jié)約成本,降低工程造價。其維護費用、運營成本、和操作成本遠遠低于載人機系統(tǒng)。
文章通過遙感進行地質(zhì)解譯,首先利用衛(wèi)星影像圖從宏觀上進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??梢愿鶕?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);在對重點區(qū)域采用低空遙感技術(shù)獲取的高分辨率遙感影像,以進行細部研究,從而找出勘探預(yù)測區(qū)。
采用低空遙感技術(shù)對靶區(qū)進行無人機航飛,通過一系列的內(nèi)業(yè)處理,得到分辨率為0.2 m 的正射遙感影像DOM,并對其進行遙感地質(zhì)解譯,結(jié)合礦區(qū)的實地勘查及區(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。
遙感技術(shù)由于其技術(shù)優(yōu)勢綜合、經(jīng)濟、高效等被地質(zhì)工作者廣泛應(yīng)用,成為一種新的找礦實踐手段。文章通過對低空遙感技術(shù)獲取的高分辨率影像進行地質(zhì)解譯,再結(jié)合區(qū)域物探異常資料進行成礦帶的圈定,這種技術(shù)方法可以從宏觀上解析控礦條件,并以點帶面的進行地質(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。