摘要 ：无人机航测成像技术作为地质测绘工程建设中一种迅速获取地貌信息和地物信息的手段，且已广泛应用在矿山领域中。无人机航测成像技术通过低空飞行平台搭配高精度的光学设备，在动态平飞过程中实现地面二维影像采集。针对地面影像进行相片测绘和相关资料整编，获取完整的地貌与地物信息。此外，其还可用来完成露天矿的地形测绘工作，实现采剥量的动态追踪分析、高陡边坡结构判定、采空区的变形监测以及尾矿库安全检查等工作。

       关键词 ：无人机航测 ；地质测绘 ；矿山应用 ；成像技术

       目前，矿山的开发对于地质资料的及时性、完整性和直观性提出了更高的要求，地质测绘工作需要根据不同的开采对象和自然条件，进行相应的调整。而无人机航测成像技术以其低空、灵活、高分辨率的特点，给矿山的地质工作提供了新的技术手段，这种技术能够快速的获取较大地表范围的真实影像，从而反映出更多的地表上的地形和地质的信息，并且可以根据不同的需求切换不同的角度来获得多方面的地质分析，用于指导露天采矿、边坡管理。灾害防治以及生态修复等工作模式已逐渐稳定，深入了解其原理、优势、落地场景之后，即可进一步推动地质测绘向更加高效化、安全化、精准化的方向去发展。

       1  无人机航测成像技术原理

       无人机航测成像是以航空摄影测量为基础的运行原理，通过预先设定航线飞行时以间隔一定距离的方式对地面实施连续拍摄，并且以有重叠的区域之间形成对应的空间几何关系。在无人机摄影过程中， 每张照片都包括了地物不同视角的信息，将精确的定位数据或地面控制点输入后，即可获取各幅影像在空中的位置和姿态。后续通过密集匹配的同名点方法构建地表的三维结构，并生成连续的表面模型和正射影像图。其过程是从二维到三维空间信息转化的过程，也就是从平面的二维影像资料恢复成真实的地貌，实现地表形态的数字化。本质意义是形象、完整、直观地将地形起伏、地物分布、地质构造等地貌状况呈现出来，进而为地质解译提供直观的依据。另外，采用这种方式成像，能够帮助地质人员在室内充分了解到矿区内整体情况以及局部情况，并且提高判读的精准度与速率。

       2  矿山地质测绘无人机航测成像技术优势

       2.1  全域覆盖能力突出

       矿山区域的面积比较广阔，地形具有一定的复杂性，如高陡边坡、深凹采坑、塌陷洼地等，这种地势条件增加了通行的难度，而无人机可实现低空飞行，不受地面障碍限制，轻松覆盖人员无法到达的角落。其航线可灵活绕行悬崖、穿越沟谷，确保影像获取无遗漏。在采场底部、排土场边缘或废弃巷道地表开口处，仍能稳定成像。

       2.2  响应速度快可重复执行

       矿山开采过程是一个不断变动的过程，地表形态经常发生变化，需要不断地更新地质资料。无人机系统准备时间短，一般起飞后数小时即可对数平方千米完成航摄，并在当天即可获取初级成果。其快速反应的能力可以根据生产的节奏和管理的要求安排多次飞行，可以每隔一段时间再次覆盖同一大面积区域的观测。无论是日常监测还是突发情况应急，都能迅速获取最新影像，满足矿山对信息时效性的要求。高频次执行能力为动态跟踪地质变化提供了现实可能。

       2.3  作业安全性高视角多样

       无人机在进行现场踏勘作业过程中，均无需检测人员进入，从而避免了野外踏勘的风险。操控者只需要在安全区域进行操控，保证人身安全的同时，又保证观测的连续性。且飞行器可以在空中根据不同高度和角度进行多角度拍摄，特别适合拍摄垂直岩壁、边坡剖面之类的特殊视角的照片，通过多角度拍摄来获取更多、更全面的信息，从而更有效地解译地质构造群落特征。

       3  无人机航测在矿山地质测绘中的主要应用

       3.1  露天矿地形测绘

       3.1.1  采场台阶形态

       无人机拍摄的照片能清楚地显示露天矿各个台阶的几何形态，如平台宽度、台阶的坡度大小、上下台阶之间马道的位置等，均能够在影像中一目了然。台阶边缘线无断续，坡面较平顺，局部有微小凹凸起伏。可以清楚地分辨露天矿已开发的部分和未破坏岩体之间的分界线， 明确露天矿开发的轮廓线。最终边坡的走向、高度变化趋势及局部转折点位置均能在影像中准确识别。台阶层级关系、空间排布及形态特征真实反映了采场现阶段的开挖状态，构成了采场地形的基本骨架。

       3.1.2  运输道路与作业面布局

       利用无人机航测成像技术可以清楚地呈现出矿区内部运输道路的走向、宽度、转弯半径及其与各台阶的衔接方式。目前作业面的位置在采场的特定台阶，具有明显的范围边界，施工设备的停放位置一般集中于临近区域，而矿石与废石应按照规定要求分开存放，并做好空间分布，确保整齐有序。针对部分路面出现的轻微沉降、纵向裂缝以及边坡的侵蚀痕迹等形态均能精确地识别。利用道路网络与作业单元之间的空间关系和物料堆放与设备停放的相对位置，可将采场现场中的生产活动迹象通过平面图景进行呈现。

       3.1.3  边坡整体稳定性表征

       高陡边坡在影像中呈现完整的外轮廓。局部区域可见鼓胀隆起、岩块脱落或表层剥落形成的不规则凹陷，部分新鲜岩面因近期掉块而颜色明显不同于周围风化岩体。植被覆盖在边坡稳定段连续、茂密，而在潜在变形区域则表现为断裂、稀疏甚至完全缺失。坡脚部位存在零星松散堆积物，个别区域可见渗水留下的浅色湿痕或雨水冲刷形成的小型冲沟。

       3.2  采剥量动态核算

       3.2.1  矿岩分界线识别

       从航拍图上可以看出，矿体和围岩因岩性区别有明显的识别特征。一般情况下，矿岩界线为整条色带或渐变过渡带，而矿岩界线的颜色与纹理变化，是因矿体岩石和围岩岩石中存在矿石种类、氧化程度以及风化程度不同造成的。有些区城由于矿体颜色较深，围岩偏浅，甚至出现灰色，两者形成较大反差 ；有些地方是通过表面粗糙程度不同或节理发育程度不同来分辨矿体和围岩。经爆破后的矿堆、废石堆各自集中， 分别堆放于某一固定地点，堆体边缘线非常明确，在部分区域中会出现少量混杂情况。矿堆表面颗粒较细、色泽均匀，废石堆则多呈块状、棱角分明，颜色杂乱。这些堆体的分布形态、混合范围及边缘清晰度均在影像中完整记录，构成了矿岩空间分异的直观图景。

       3.2.2  采场空间推进追踪

       通过对不同时期获取的航测影像比较结果可知，采场在平面上的扩展边界和垂向上的开挖深度变化十分显著。确定了采场中向四面八方推进的前沿线位置， 尚未影响到岩体与己开挖区域的分界。在采场底部形成了新的工作台阶，与原有台阶随开采向下延伸或局部合并，而部分早期台阶已被全部覆盖。在采场内部中的回采区域已出现了剥离，因重新开挖而出现小范围的凹陷，部分位置因存在超挖的现象而使得整个坑深低于设计高程。随着时间的流逝，台阶高度、平台宽度及连接马道的空间关系也随之发生了由上至下、由内向外的开挖序列变化。

       3.2.3  排土场堆置状态观测

       排土场的状态主要以锥形或扇形为主，整体的堆体轮廓呈现出连续性且边缘向四周缓慢扩展。堆高的趋势是由里向外逐渐减退，整体状态呈平缓状态，但是局部区域出现了微小的起伏。在堆体表面尽管出现纵向或环向的细小裂缝，甚至有部分位置存在因轻微滑移而形成的阶梯状错台，但整体仍处于平稳状态，且排土场因运输车辆使用过多而出现数条车辙痕迹，密集且连续。另一些路径使用较少，痕迹浅淡或中断。车辙主要分布于堆体边缘及通往主干道的连接区域，走向与排土作业方向一致。堆体周边存在零星散落的块石，未见明显冲刷或水蚀痕迹。

       3.3  高陡边坡结构面识别

       3.3.1  节理裂隙展布特征

       高陡边坡岩体表面发育的节理和裂隙在高分辨率航拍影像上表现为线形纹理，形态参差不齐，但具有良好的连续性，线性构造的延伸方向比较明显，有的平行排列成行或者交错切割，排列方式多呈网状或者雁列状。裂隙密度不同岩段存在差异，在某些地方会相对密集成网状裂隙区，裂隙宽度多为几厘米到几十厘米宽的破裂带。密集裂隙带在影像中常表现为颜色较深的条带，或因风化加剧、土壤难以附着而植被稀疏甚至裸露。裂隙延伸长度从数米至数十米不等，部分贯穿整个边坡高度。节理面在光照作用下呈现明暗交替的阴影，进一步强化其线性特征。整体展布格局与区域构造应力方向基本一致，构成边坡岩体结构的外在表现。

       3.3.2  断层破碎带识别

       断层在地表的露天位置一般以线性凹槽为主，呈现出走向稳定，宽度多为几米至十几米，延伸长度超过百米。在该带内岩体因日受风化且出现破碎，因此，其颜色主要以褐色或浅黄色为主，与完好的岩体具有显著的差异性。在断层带内的植被生长受到影响，与周边连续植被形成了鲜明的对比。部分地段可见断层两侧岩层产状发生突变，一侧岩层倾向与另一侧不一致，或出现拖曳褶皱、揉皱等伴生构造形迹。断层与采场的空间位置关系清晰，其走向或平行、或斜交、或垂直于采场边坡。在航拍影像中，断层带的线性特征、颜色异常及构造伴生现象共同构成其可识别的综合标志。

       3.3.3  风化与剥落迹象观察

       部分边坡局部区段的表层岩体长期裸露在外，处于持续物理、化学风化状态，导致出现剥落或局部松动、坠落的现象，在图像中呈现出颜色较浅的新鲜岩面，与周围深色风化岩体具有显著的差异。从边坡上掉落下来的废弃碎块，在靠近坡脚处亦出现少量零星堆积的情况，形态大小不一、棱角明显，且还看到剥落之处大多出现在裂隙、节理交汇以及岩性软弱夹层，呈现不规则凹坑或片状剥离面，轮廓十分规整。受风化的程度在坡体的水平方向、垂直方向和不同朝向上存在非均质性的分布，坡体的同一种边坡因地形地势的原因，存在不同的高程或朝向，不同高程、朝向处的风化深度和剥落频率不同。

       3.4  采空区地表变形监测

       3.4.1  地表裂缝分布形态

       采空区上方地表发育出现了裂缝的现象，形态具有多样化，有环形状、放射状以及同心圆状等。裂缝走向的连续性良好，长度可达十几米，通过摄像中可以看出宽度主要为细线状或宽带状。部分裂缝相互连接，构成边界清晰的网状或星状组合。裂缝两侧地表存在高程差异，一侧略高于另一侧，局部伴有微小错动。裂缝通过植被覆盖区时，地表植被被拉断或错开，形成线状枯黄带。多条裂缝的平面组合形态呈近似圆形或椭圆形，其包络范围与地下采空区的几何轮廓具有空间对应关系。裂缝发育密度在沉降中心区域最高，向外围逐渐减弱。

       3.4.2  线性地物变形迹象

       通过人工线性地物穿越采空后，原有道路、田埂、围墙及灌溉渠均受到了影响，尤其是几何形态的变化十分显著。道路中心线出现弧形弯曲，其他部分出现了横向错断，甚至在接缝处的裂缝可达到数十厘米。此外，田埂和灌溉渠也受到了严重的影响，轻者出现局部塌陷，重者则出现了完全断裂的现象，同时围墙墙体也出现了倾斜、开裂，严重的位置出现了倒塌等。

       3.4.3  植被异常响应区域

       在采空区影响范围内，地表植被的生长状况与周围形成了鲜明的对比。由于土壤开裂、结构破坏和缺水等因素，使植被出现了枯萎、稀疏或死亡等，呈现出不规则的斑块状异常区。该区草本植物覆盖率低，灌木枝叶少，出现部分地段裸露，异常区在航拍影像上呈黄褐色或者灰绿色纹理粗糙，在地表植被相对葱郁翠绿中形成极为明显的反差。在春季到初秋生长期内表现得较为严重，进入冬季枯死面积进一步扩大，异常斑块多出现在地表裂缝密集带和沉降中心周围，且集中分布在地表变形区域上，这是采空区地表响应的典型体现。

       3.5  矿山生态修复评估

       3.5.1  植被覆盖连续性观测

       复垦区域植被的整体覆盖状况均能通过无人机影像清晰地掌握，通过无人机影像中植被颜色的深浅程度以及纹理的密集程度，即可判断出植被的分布情况以及植被的生长情况。通过影像上的色块辨识，即可获取不同的植物叶片的形状及生长密度。修复区边缘与周边自然植被的衔接状态也能被准确捕捉，过渡平缓或突兀、边界整齐或参差，均一目了然。尤其在生长旺季，植被长势的均匀性与活力差异更为明显，为评估生态恢复的完整性提供直接视觉依据。影像还能反映是否存在因土壤贫瘠或灌溉不足导致的植被退化现象，帮助识别修复薄弱区域。

       3.5.2  水土保持工程状态

       利用无人机影像航拍即可快速、清晰地获取梯田的阶面的状态，如果梯田阶面的平整性、挡土墙有无裂缝或倾覆、排水渠是否连续贯通等。同时工程结构的稳定性和牢固性，沟渠内部的顺通情况等相关信息，均可通过表面形态变化识别。部分区域若存在人为踩踏、车辆碾压或施工遗留物覆盖，也会在影像上留下痕迹。此外，水土保持工程与周边植被的协同状况也能被观察到，例如梯田内是否成功植草、挡墙根部是否有植被覆盖以增强固土效果。这些细节共同反映出工程的实际运行状态与维护水平。

       4  结语

       无人机航测成像技术已广泛应用在矿山地质测绘的多个方面，在矿山常见地质灾害综合监测预警服务中呈现出多场景、常态化的模式，并借助实时连续、高分辨率的地表影像对地质人员进行准确的地图位置指示和现场影像展示。在地形记录、动态追踪、隐患探测、生态评价等场景下具有显著的优势。未来，随着成像精度的提高和解译智能化的发展，将会发现更多的地质隐患点和地灾风险特征的变化趋势，从而发挥更大的作用。坚持以技术为依托的专业判断观点，不断将既有经验推向以“可视化”为前提的“可分析”和“可预警”的转变，有利于促进建设更加安全高效、更加绿色环保的矿井。