摘要：无人机遥感技术有效结合了无人机遥感技术与卫星遥感技术的优势，形成了以卫星遥感技术为主，无人机为辅的高时效、高精度、多层次、立体式矿产资源开发环境调查模式。在露天矿山调查、开发、复垦等阶段，无论是从数据采集密度、获取数据难度、监测投入成本、任务执行安全系数均优于传统测量监测技术，且随着遥感传感器的技术发展，根据任务内容合理组合搭配传感器，能有效提高测量监测的精度及效果，从科学安全合理开采角度出发，无人机遥感技术在矿山调查中应用更符合未来应用趋势。

关键词：无人机；遥感技术；矿山地质；精细化；测绘方法

1无人机遥感系统组成及优缺点

1.1 系统组成

无人机遥感系统主要包括无人机平台、飞行控制系统、地面监控系统、任务遥感传感器、数据传输系统、发射与回收系统、野外保障装备以及其他附属设备，通过控制无人机装载遥感传感器航空采集影像、视频等原始遥感数据，由影像数据处理软件完成遥感数据处理、建模和应用分析。在数据采集过程中，选择最佳执行时间，避开机场、重要设施和人口密集地区，选择视野开阔、比较空旷的场地用作无人机起飞平台。提前检查和调试好无人机系统，选择与目标任务匹配的机载遥感传感器，规划飞行路线，确定飞行高度，判断和识别可能阻碍无人机通信信号的树木、山峰、塔架等障碍物，避免发生碰撞，保障数据采集任务顺利完成。并通过 DPGird、PixelGrid、DPMatrix 等软件对所采集的遥感影像数据进行实景建模，其遥感数据处理的核心算法是根据同一目标在不同影像中的内在约束关系，采用运动恢复结构方法（SFM）解算出相机的相对运动以及空间场景的三维结构，从而获得数字正射影像图（DOM）和数字地表模型（DSM）。

1.2 无人机遥感技术应用的优缺点

无人机遥感技术具有实时图像传输、高风险区域检测、成本低、灵活性强等优势，作为航空航天遥感系统数据的重要补充来源，与其他类型遥感技术相比，其主要性能如下。（1）采集影像分辨率高。通过无人机遥感技术获得的图像其空间分辨率可达到分米级，适合 1 ∶ 500以及更高的遥感应用需求，且无人机上的高精度数字成像设备能够进行大面积覆盖、垂直或倾斜成像，采集的图像数据还可实时传输至地面接收端。（2）执行任务安全高效。由于无人机遥感系统不受地形条件限制、准备时间短、操作简单，可快速到达任务目标区域，完成操作人员无法涉足的风险区域数据采集，通过机载的高精度遥感传感器可在1 ～ 2h 内快速获取遥感监测结果，在野外复杂地形作业时不仅能减轻工作强度，还能有效提高监测人员的安全系数。（3）能自主执行设定任务。无人机的飞行路线控制精度较高，可按预设飞行路线完成自主飞行和摄影。现阶段超高空无人机的任务高度可达 18000m 以上，飞行平稳，可根据任务情况选择合适的无人机作载体，能更好执行不同的遥感任务。（4）使用无人机遥感进行航拍时对航向方向重叠、曝光间隔等因素可忽略，与采用视频卫星相比，能快速获取地面动态数据、机动性高、成本低，现阶段无人机遥感系统智能化程度已经很高，整体操作并不复杂，同时还具有故障自动诊断和提示等功能，信号中断时可原路线自动返航至起飞点悬停，且无人机驾驶证经短期系统培训即可获得，易于储备相应技术人员。尽管无人机遥感技术已取得很大进步，但仍需进一步进行完善，主要局限性如下：首先是大型无人机对降落场地要求高，而小型无人机抗风能力较差，大型无人机由于需要滑行起飞或降落，不符合起飞和降落条件时可能会损坏无人机，因此对场地要求相对较高。而若使用轻小型无人机，则容易受到风速和风向的影响，常需要利用弹射起飞和碰撞网回收技术来降低无人机对起飞场地的要求，因此需要改进设计和飞行控制技术，以提高飞行稳定性。其次是传感器体积和重量会影响无人机飞行姿态，因为无人机的载荷非常有限，传统的传感器受体积和重量方面的影响，往往难以完成高精度航拍任务。现阶段获取在到达航拍点时无人机遥感系统摄影角度、飞行高度和飞行速度等参数与预设数据完全一致的实时遥感数据，仍有许多困难需要克服。此外，为了满足整个无人机遥感系统实时、快速的技术要求，需要开发图像自动识别和快速拼接软件，以实现图像质量、飞行质量的快速检测和数据的快速处理。

2无人机遥感技术在矿山地质调查中的应用

2.1 矿山地形测量

在进行矿产资源开采前，通常需要获取矿区地表三维分布信息，以监测潜在灾害区域的稳定性，为后续生态恢复提供基础数据。常规的 GPS 测量、全站仪测量等地形测量方法虽然精度较高，但仅适用于单点测量，不适用于复杂地形。而无人机遥感技术不仅能快速安全地获取矿山现状高分辨率影像图和实景三维模型，还能有效节省人力成本，避免在灾害易发地区工作的潜在危险。利用无人机技术获取了铝土矿的视频数据、图像数据和地面控制点（GCP）数据，构建了数字表面模型（DSM），提取并比较了高程、坡度、坡向、地表起伏和地表粗糙度的分布，发现该地区地形复杂、高差大的陡坡分布在西北部—中部。通过建立地面数字模型，以空间分布和组织的形式对分析结果进行表示，发现使用无人机进行高分辨率地形测量能获取较高的精准度，并能以较短时间、较低成本准确绘制出地形特征，在地形测绘上表现出巨大的潜力。

2.2 地质环境信息获取

在矿山地质环境调查过程中，需要获取矿山环境信息，预防人为破坏或各类自然灾害的发生，并为矿产开采后期的恢复治理和复垦做铺垫。常规的露天矿普遍存在地形复杂、地质灾害隐患多等特点，实地调查人工成本高、精度低且危险性大。无人机遥感技术因具备完善的技术和信息系统，对于矿山地质环境的调查和气候地理等各方面的信息有着丰富的储存，能直观的展现开采现状，实现对矿山的有效监管及科学规范开采。利用实时动态差分技术（RTK）获取地面控制点坐标，采用大疆精灵 4 无人机对采石场进行航空摄影，在 Pix4D mapper 建立的研究区三维模型上经量测、解译，快速获取了矿山地质环境信息，其结构面倾向、倾角误差均在 5° 以内。采用无人机、红外摄像机和探地雷达（GPR）联合探测大柳塔煤矿 12203 采区隐匿裂缝，通过测温分析表明，地表隐伏裂缝上方地表温度高于无裂缝区域地表温度，选择地表温度高于温度阈值的区域即可准确定位隐匿裂缝的位置，并能有效解释矿区地温值的分布机制。采用无人机遥感技术无线连通地面 Wi-Fi 基站的方式进行实时通信，并配合一种基于 Haar–Cascade 分类器的生命体感知视觉系统，使其在采矿事故中执行搜索和救援任务，测试发现其误检率约为 2.5%。提出了一种基于单目视觉的地下无人机障碍物检测方法，可以从复杂的矿区隧道中提取障碍物，经过预处理后得到障碍物的二维图像信息，为后续避障提供重要依据。在便携式无人机上搭载热成像和多光谱成像仪，对采矿区中的硬质岩体进行检测，通过测试成功地探测和表征了地下采矿环境中松散、不稳定以及不连续的岩体结构。

结语

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。

参考文献：

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[2]张亮，李红阳，魏苹.无人机遥感技术在矿山地质环境监测治理中的应用研究[J].世界有色金属，2017，（24）：23-24.

[3]黄皓中，陈建平，郑彦威.基于无人机遥感的矿山地质灾害解译[J].地质学刊，2017，41（03）：499-503.

[4]周文生，吴振宇，刘海燕.无人机遥感在矿山地质环境调查中的应用[J].地下水，2014，36（02）：128-129+160.

作者简介：

洪剑武（1981-），男，汉，福建厦门，本科，地质测绘，高级工程师。

林文杰（1979-），男，汉，福建莆田，本科，地质测绘，高级工程师。