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矿区地质灾害应急测绘中无人机摄像技术的应用

2021-06-01 111 上传者：管理员

摘要：无人机摄像技术由遥感信息采集系统和遥感信息处理系统组成，能够灵活有效地在复杂地形区域工作。文章主要探讨了无人机摄像技术在矿区地质灾害应急测绘中的使用。

关键词：
信息采集
应急测绘
无人机摄像技术
矿区地质灾害
自然资源环境
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1、前言

近年来，矿区开采规模越来越大，导致矿区地质灾害发生的频率越来越高。矿区地质灾害是因为矿床开采过程中庞大的采掘井巷造成地表破坏、岩土体发生变形，以及矿区地质、水文地质环境条件和自然环境产生改变而出现的灾害。矿区地质灾害不但破坏采矿工程设备，而且还影响矿区资源环境，威胁当地人民的生命财产安全，做好地质灾害应急处理是将损失降到最低的一种有效措施。

过去主要采用传统航测系统获取空间地理信息，虽然能够清晰地获取矿区地质灾害的高清影像，但是所拍摄的图像是二维平面图，在一定程度上无法整体客观地了解灾区所有情况，给应急测绘工作造成了很大的视野盲区和区域性障碍。随着航拍技术的持续性优化，无人机低空摄影技术具备了清晰度高、比例尺精确和操作简单等优点，可以迅速高效、准确、高分辨率地获得矿区地质灾害区域全方位、立体化的地物信息，有效规避了传统航测二维影像的缺陷。可见，探讨无人机摄像技术在矿区地质灾害应急测绘中的使用很有必要。

2、无人机摄像技术的系统组成

无人机摄像技术是由遥感信息采集系统和遥感信息处理系统组成。遥感信息采集系统包含了无人机遥感平台、飞行控制系统和地面监控系统。无人机遥感平台是以装有航空数码相机无人机为空中平台，结合惯性测量技术、通讯技术和全球定位等技术，能够实现自动化、智能化、专用化快速航空拍摄，达到快速获得有关自然环境、矿区地质灾害、地震灾区等空间遥感信息和数据。飞行控制系统有两种，一种是由人发出控制指令的控制系统；另一种是由自动飞行控制的系统，该系统能够自行产生控制指令。

无人机飞行控制系统是采用人进行控制无人机实际工作指令的控制系统，使用了全球定位系统，可以对信号迅速定位，及时有效地掌握陀螺、加速度计等飞行器实时情况；同时还可以使用数字化对无人机监控，完成定点信息的迅速采集。地面监控系统是在地面可以操作的监控系统，包含便携式计算机、监控软件、天线和电源等设备，并且每个环节间都有紧密联系，通过系统能够自行设置数据，合理设定飞行参数，而且可以自行选择导航方式。

遥感信息处理系统是由数字图像处理技术、遥感技术与计算机技术结合起来的软件系统，主要是依据有关规定处理勘察的照片，整合并处理有关数据，包括处理航拍的规范表以及相应参数等。

3、无人机摄像技术在矿区地质灾害应急测绘中的应用

3.1 航高的设定

要获得矿区地质灾害区域清晰精确的影像资料，航高的设定十分重要。无人机摄像是通过相机拍摄而得，照片清晰与否跟相机焦距大小、影像分辨率、图像重叠有关。因此可以根据地面分辨率、焦距大小、航高距离间的关联来设定相机焦距。通常相机焦距设定为24mm，以此来计航高，但是航高的计算要以倾斜方向的镜头为准，所以要计算绝对航高。假设绝对航高W通过摄影航高M与平均测区基面N上完成。摄影航高M可以通过焦距A与摄影比例尺B相乘得出。

其中，M高代表最高物体的平均值，M低代表最低物体的平均值。

绝对航高W可以通过摄影航高M和平均测区基面N相加得出。

矿区地质灾害环境复杂，高程差异非常大，高程对无人机影像的精确度有很大影响，所以一定要计算出绝对航高W。

3.2 矿区地质灾害信息提取

借助旋翼无人机的低空拍摄系统和固定机翼无人机的正射角航拍系统共同曝光获得矿区地质灾害客观完整的影像资料，然后按照点、线、面三位一体办法对矿区地质灾害的地物数据信息进行实时截取拼接，为灾情救援人员提供全面的矿山数据信息。同时利用该技术能够把平面上确认的坐标通过矩形校正，让矿山的立体模型在技术人员眼前完整呈现，更好地还原矿山地质。另外，利用无人机摄像设备还可以对无人机获得的矿山影像和矿山模型进行详细完整的比对，对纹理进行重叠，并按照纹理叠加现象挖掘矿区的详细地质信息，并用文字和符号做好灾害标注，以此规划下一步对矿区地质灾害信息的获得路径。

矿区地质灾害救援人员能够通过无线传输第一时间获取数据信息。无线传输是利用无线路由器充当网关，让装有网卡的计算机设备迅速把数据信息传输到局域网，有效实现了地面计算机和搭载网络连接的笔记本无人机相连接，这样就能使用远程控制完成低空航拍与地物信息的获取。技术人员将无人机获得的矿区地质灾害信息数据域DEM进行图像几何比对工作，并把北方向作为正向方向，以此为坐标进行数据域转换，实现灾害数据的对比，然后通过矿区影像在数据信息里的详细方位，按照比例尺大小找到灾害区域的精准坐标。需要考虑的是，无人机航拍技术在应用时可能存在偏离轨道的问题，技术人员在信息获取时就会存在数据的偏离性误差。解决这个问题需要利用大数据处理技术进行偏离精准度调试，再借助三维拍摄技术对矿区地质信息重复模拟成像，完成对矿区的动态化监测，从而精准获取矿区地质灾害信息。

3.3 矿区地质灾害信息处理

获取矿区地质灾害信息后，需要对信息进行处理方能有效指导灾害处理。一是综合评估数据信息，目的是删除灾害程度不高的区域信息数据。这就需要根据灾害的覆盖面积和严重程度把所有信息分成三个级别，最低级别的直接删去，因为最低级别的受害区域的生态环境有自我恢复能力的特征。评估的方式是利用测绘影像解释的形式划分矿区受损的地质类型，算出各个区域地质类型占比，再对多个区域受损状况全面评估，然后根据评估结果进行整个矿区地质灾害等级评估。

二是整理剩余的数据，可以利用无人技术对数据进行有效识别，把精确度小于0.1的数据直接删除，然后借助边缘模糊化处理技术对灾区的地理位置进行再圈定，结合识别的地位、价值信息的提取情况进行灾区受损情况的识别，进一步提升数据处理的科学性和完整性，增强对灾害物体的认识，便于后期应对处理。三是再次提炼数据信息，使用正向映射技术把校正好的数据信息完成高程模型的成像处理，再反复进行信息比对，删掉边缘模糊的数据，达到信息的预处理，为后期进行灾害处理提供有价值的信息。

3.4 矿区地质灾害测绘图像分析

1）对精选的数据信息进行比例尺确认，得到数据域和热红外线等相关信息，使其成为矿区地质灾害区域成像显示的主要依据，借助图像显示方式在屏幕上投放DEM数据，并结合人工翻译技术完成矿区地质灾害分类处理。

2）识别出矿区里有危害的破坏源后，要按照成像技术细分的灾害种类，利用相应技术探究影像结果，并制定增援方案，为下一步进行灾害专业化指导奠定基础。

3）实施矿区保障服务。无人机拍摄技术下能够实现对矿区的三维模型的构建，再次实现对矿区地理位置坐标注册，完成无人机航拍技术的矿区地质灾害测绘图像分析处理，有效推进灾害应急处理工作。

4、结束语

综上，无人机摄像技术作为一种先进技术，值得在矿区地质灾害应急测绘中应用和推广。本文从无人机摄像技术的系统组成进行分析，从航高的设定、矿区地质灾害情况的信息提取、矿区地质灾害信息处理、矿区地质灾害测绘图像分析方面进行了探究，以此提升无人机摄像技术在矿区地质灾害应急测绘中的运用水平。

参考文献:

[1]李兵,岳京宪,李和军.无人机摄影测量技术的探索与应用研究[J].北京测绘,2018(1):35-36.

[2]金伟,葛宏立,杜华强,等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息,2018(1):42-43.

文章来源：卫晓华.无人机摄像技术在矿区地质灾害应急测绘中的应用[J].华北自然资源,2021(03):80-81.