王昆等：无人机遥感在矿业领域应用现状及发展态势 1087· 表1常见消费级无人机参数 Table 1 Specifications of common consumer-grade UAV drones Mass/Wingspan/diagonal Battery capacity/ Maximum flight Maximum speed/ Maximum Type Product kg size/cm (mAh) Surveying sensor transmission endurance/min (km-h-') distance/km 42-MP Sony RXIRII Feima F300 3.75 180 camera/oblique module/thermal infrared 90 10 module 20-MPS.0.D.A. SenseFly eBee 0.69 96 2150 camera/Sequoia+ 50 90.0 Classic multispectral Fixed-wing sensor/thermal sensor UAV TrimbleUX5 2.50 100 6000 24-MP Sony a5100 50 80.0 5.0 camera PrioriaMaveric 1.16 74.9 Digital camera/thermal 45-60 101.0 15.0 infrared camera 42-MP Sony RX1RII WingtraWingtraOne 3.70 125 6800 camera/multispectral sensor/thermal infrared 55 57.6 sensor DJI Phantom 4 Pro/Feima D1000 1.39 35 5870 20-MP 1"CMOS 28 72.0 7.0 Multi-rotor DJIInspire 2 3.44 60.5 4280 24-MP Zenmuse X7 23 94.0 7.0 UAV YuneecTyphoon 1.70 52 5400 20-MP 1"CMOS 25 72.0 HPlus 1.6 ParrotANAFI 0.32 2700 21-MP 1/2.4"CMOS 25 55.0 4.0 成本低、商用软件多样，搭载光学数码相机的无人 设置、输出格式、成果分析及配套软件支持等方 机摄影测量是当前应用最为广泛的无人机遥感形 面存在差异，而基本原理与操作流程大致相同. 式，也是本文讨论的重点.另一方面，随着无人机 本节将以无人机摄影测量为例，介绍无人机 遥感应用场景越来越丰富，无人机平台可搭载的 遥感数据获取与处理的常规作业流程，如图1所 热红外、多光谱、激光雷达、航磁等传感器正朝着 示.在制定工作计划时，需综合考虑测量区域任务 微型化、定制化、模块化的趋势演变，在农林植 目标与硬件配置，以确立合适航测参数.重建地面 保、海域环境调查、工业排污监测、矿产资源勘查 分辨率(Ground sampling distance,GSD)是地面上 等领域得以应用，同样受到研究者与从业人员的 两个连续像素中心点之间的距离，由相机镜头焦 高度重视6 距、相机传感器尺寸、拍摄图像宽度和飞行高度 1.3作业流程 四项参数共同决定，反映最终成果的精度和质量， 基于光学相机的无人机摄影测量是应用最广 也代表着最终拼接图像的精细化程度，是无人机 泛的一种无人机遥感形式.得益于无人机遥感行 摄影测量中最引人关注的关键指标.其值越大，代 业技术进步与市场扩张，市面上摄影测量后处理 表重建成果空间分辨率越低、细节越不明显.通 商用软件种类繁多、特色功能各异，主要有俄罗 常情况下，飞行高度越低、相机像素值与焦距值越 斯Agisoft公司的Metashape(原名Photoscan)、瑞 大，可获得的GSD值越小.常用的机载传感器多 士Pix4D公司的Pix4 Dmapper、法国Acute.3D公司 为数码相机，也可根据应用场景搭载热红外相机、 的Smart3D软件（被Bentley公司收购后更名为 多光谱相机等6刀.部分专业级无人机还可搭载高 ContextCapture)、斯洛伐克Capturing Reality公司 精度实时动态差分(Real-time kinematic,RTK)辅助 的RealityCapture、意大利3 DFLOW公司的3DF 设备，降低全球定位(Global positioning system, Zephyr、加拿大SimActive公司的Correlator3D、武 GPS)坐标定位误差.与此同时，外业测量通常还 汉天际航公司的DP-Modeler、适普软件与武汉大 需使用易识别标志物标记地面控制点(Ground 学团队研发的VirtuoZo、北京航天宏图公司的 control point,GCP),均匀布设在测区易抵达地点， PIE-UAV、香港科技大学团队研发的Altizure、深 使用高精度全球定位系统(Global navigation 圳飞马机器人公司推出的一站式无人机管家等 satellite system,GNSS)量测记录GCP坐标点，以进 各类软件在任务配置、运算效率、运行环境、参数 一步保障摄影测量后处理结果的全局精度，确保成本低、商用软件多样，搭载光学数码相机的无人 机摄影测量是当前应用最为广泛的无人机遥感形 式，也是本文讨论的重点. 另一方面，随着无人机 遥感应用场景越来越丰富，无人机平台可搭载的 热红外、多光谱、激光雷达、航磁等传感器正朝着 微型化、定制化、模块化的趋势演变，在农林植 保、海域环境调查、工业排污监测、矿产资源勘查 等领域得以应用，同样受到研究者与从业人员的 高度重视[6] . 1.3    作业流程 基于光学相机的无人机摄影测量是应用最广 泛的一种无人机遥感形式. 得益于无人机遥感行 业技术进步与市场扩张，市面上摄影测量后处理 商用软件种类繁多、特色功能各异，主要有俄罗 斯 Agisoft 公司的 Metashape（原名 Photoscan）、瑞 士 Pix4D 公司的 Pix4Dmapper、法国 Acute3D 公司 的 Smart 3D 软件（被 Bentley 公司收购后更名为 ContextCapture）、斯洛伐克 Capturing Reality 公司 的 RealityCapture、 意 大 利 3DFLOW 公 司 的 3DF Zephyr、加拿大 SimActive 公司的 Correlator 3D、武 汉天际航公司的 DP-Modeler、适普软件与武汉大 学团队研发 的 VirtuoZo、北京航天宏图公司 的 PIE-UAV、香港科技大学团队研发的 Altizure、深 圳飞马机器人公司推出的一站式无人机管家等. 各类软件在任务配置、运算效率、运行环境、参数 设置、输出格式、成果分析及配套软件支持等方 面存在差异，而基本原理与操作流程大致相同. 本节将以无人机摄影测量为例，介绍无人机 遥感数据获取与处理的常规作业流程，如图 1 所 示. 在制定工作计划时，需综合考虑测量区域任务 目标与硬件配置，以确立合适航测参数. 重建地面 分辨率（Ground sampling distance, GSD）是地面上 两个连续像素中心点之间的距离，由相机镜头焦 距、相机传感器尺寸、拍摄图像宽度和飞行高度 四项参数共同决定，反映最终成果的精度和质量， 也代表着最终拼接图像的精细化程度，是无人机 摄影测量中最引人关注的关键指标. 其值越大，代 表重建成果空间分辨率越低、细节越不明显. 通 常情况下，飞行高度越低、相机像素值与焦距值越 大，可获得的 GSD 值越小. 常用的机载传感器多 为数码相机，也可根据应用场景搭载热红外相机、 多光谱相机等[6−7] . 部分专业级无人机还可搭载高 精度实时动态差分（Real-time kinematic, RTK）辅助 设 备 ， 降 低 全 球 定 位 （ Global  positioning  system, GPS）坐标定位误差. 与此同时，外业测量通常还 需使用易识别标志物标记地面控制点 （ Ground control point, GCP），均匀布设在测区易抵达地点， 使 用 高 精 度 全 球 定 位 系 统 （ Global  navigation satellite system, GNSS）量测记录 GCP 坐标点，以进 一步保障摄影测量后处理结果的全局精度，确保 表 1 常见消费级无人机参数 Table 1 Specifications of common consumer-grade UAV drones Type Product Mass/ kg Wingspan/diagonal size/cm Battery capacity/ (mA·h) Surveying sensor Maximum flight endurance/min Maximum speed/ （km·h−1） Maximum transmission distance/km Fixed-wing UAV Feima F300 3.75 180 ― 42-MP Sony RX1RII camera/oblique module/thermal infrared module 90 ― 10 SenseFly eBee Classic 0.69 96 2150 20-MP S.O.D.A. camera/Sequoia + multispectral sensor/thermal sensor 50 90.0 3.0 TrimbleUX5 2.50 100 6000 24-MP Sony a5100 camera 50 80.0 5.0 PrioriaMaveric 1.16 74.9 ― Digital camera/thermal infrared camera 45–60 101.0 15.0 WingtraWingtraOne 3.70 125 6800 42-MP Sony RX1RII camera/multispectral sensor/thermal infrared sensor 55 57.6 8.0 Multi-rotor UAV DJI Phantom 4 Pro/Feima D1000 1.39 35 5870 20-MP 1"CMOS 28 72.0 7.0 DJIInspire 2 3.44 60.5 4280 24-MP Zenmuse X7 23 94.0 7.0 YuneecTyphoon H Plus 1.70 52 5400 20-MP 1"CMOS 25 72.0 1.6 ParrotANAFI 0.32 ― 2700 21-MP 1/2.4" CMOS 25 55.0 4.0 王    昆等： 无人机遥感在矿业领域应用现状及发展态势 · 1087 ·