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1.1 无线传感器
无线传感器的作用是对固体矿产勘查数据进行采集，为了保证数据采集的精准、有效，此次采用集成的多光谱相机作为传感器，负责矿山地质数据采集。多光谱相机分为多镜头分光和单镜头分光两种，由于此次开发的是固体矿产勘查系统，数据采集范围比较宽广，且对数据采集质量要求较高，所以选择单镜头分光更有利于矿产勘查数据采集，单镜头分光结构的多光谱相机在高空环境下对数据采集具有更大的优势，不会出现各个波段图像上矿山水工环地质图像的不完全重合现象，除此之外该相机在数据采集过程中，光照、气象、飞速、气流等因素对其影响较小，采集的多光谱数据质量较高 [1]。所以此次采用美国 HKH 公司生产的嵌入式多光谱相机，该相机拥有五个独立的成像器，分别配上特制的光片，能让每个成像器接收到波长范围的光谱。它为矿业级别的成像仪，具有不同光照状态下的高动态量程，同时没有一般无人机录像和拍照时产生的伪象 [2]。除此之外还具有一个热成像的功能，使外界环境因素对其影响较小，且能够捕获对齐的高分辨率、多光谱和热图像。重要的是该多光谱相机具有较高的空间分辨率和地物分辨率，意味着更准确的数字表面模型，采用 USB 的接口容量可以达到 128GB，通过Ethernet 或串口与飞行器连接，实现直接配置，状态变化以及相机控制。
1.2 无人机
无人机是无线传感器搭载平台，主要作用是携带无线传感器采集固体矿产勘查数据，根据系统设计要求，此次采用六旋翼无人机，六旋翼无人机相比较双旋翼无人机和四旋翼无人机具有良好的飞行优势，在飞行过程中能够通过六个或八个控制量产生六个自由度的输出，来改变飞行动作、方向、姿势和位置，且六旋翼无人机属于高阶非线性多变量强偶的欠驱动装置，在对固体矿产勘探数据采集过程中可以对进行容错飞行控制，如果在飞行过程中出现电机故障，无人机仍然可以继续飞行，具有良好的稳定性和可靠性 [3]。此次用德国进口 GFT-64 型号六旋翼无人机，该无人机采用先进的高强度、高刚性进口碳纤维复合材料，一体成型技术，根据机身不同部位的受力分析设计相应的纱层厚度，从而保证刚性和强度的情况下保持机身重量最轻。低速盘式电机和大尺寸碳桨的高效率组合使得单机臂提供近 5Kg 的拉力，并且飞行器可以悬挂不同重量的负载以及应对高海拔业 [4]。全碳纤维机身、刚性好、重量轻，负载荷飞行大于 50
1.2 无人机
无人机是无线传感器搭载平台，主要作用是携带无线感器采集固体矿产勘查数据，根据系统设计要求，此次采用六旋翼无人机，六旋翼无人机相比较双旋翼无人机和四旋翼无人机具有良好的飞行优势，在飞行过程中能够通过六个或八个控制量产生六个自由度的输出，来改变飞行动作、方向、姿势和位置，且六旋翼无人机属于高阶非线性多变量强偶合的欠驱动装置，在对固体矿产勘探数据采集过程中可以对其进行容错飞行控制，如果在飞行过程中出现电机故障，无人机仍然可以继续飞行，具有良好的稳定性和可靠性 [3]。此次采用德国进口 GFT-64 型号六旋翼无人机，该无人机采用先进的高强度、高刚性进口碳纤维复合材料，一体成型技术，根据机身不同部位的受力分析设计相应的纱层厚度，从而在保证刚性和强度的情况下保持机身重量最轻。低速盘式电机和大尺寸碳桨的高效率组合使得单机臂提供近 5Kg 的拉力，并且飞行器可以悬挂不同重量的负载以及应对高海拔作业 [4]。全碳纤维机身、刚性好、重量轻，负载荷飞行大于 50
2.2 数据处理
由于三维 GIS 技术采集到的数据格式有的为 ASCLL码，有的数据格式为十六位进制，将采集的数据写入到 TXT文本文件中时，一部分数据不能被直接读取，为了能够更好的实现固体矿产勘查数据分析，需要对采集的数据做数据格式转换，将无线传感技术与三维 GIS 技术采集到的数据统一转换为十六位进制数据格式，然后对数据进行解析，将有效的数据按一定的排列格式写入 TXT 文件中 [6]。除此之外，还要将无线传感技术采集到的图片数据利用 LAB VIEW 图形化语言编写软件进行图像格式处理，LAB VIEW 图形化语言编写软件是一个专用的图像数据转换软件，图像数据处理过程由 TXT 文件读取、图像数据校验、图像数据解算、图像数据波形显示和数据再存储五个步骤，通过 LAB VIEW 图形化语言编写软件处理后可以得到六自由度的数据，最后将处理后的图像数据与 GIS 数据进行再存储，共同保存到新的文本文件中，以此实现固体矿产勘查数据处理。
2.3 数据分析
基于三维 GIS 技术的固体矿产勘查系统数据分析功能主要是利用三维地质勘查模型软件技术实现的，将处理后的数据输入到三维地质勘查模型中，模型对数据进行网格化处理，将所有采集到的数据一对一标注到模型上，形成一个与实际勘查项目相一致的三维地质勘查模型。该软件技术能够提供矢量化矿产勘查地质剖面图，根据系统数据库中保存的数据，自动分析出矿产地层、构造、岩浆岩等地质特征 ;根据输入的矿产岩性数据，自动生成矿产岩土体分界曲面，用于分析矿产岩石特征 ;通过输入的 GIS 数据，分析出矿产资源具体所在位置，以及矿产规模和矿床走向等。通过该软件技术对数据的分析，确定出最终固体矿产开采靶区，以此实现基于三维 GIS 技术的固体矿产勘查系统软件设计。
3 实验
此次实验以某矿区作为实验对象，根据矿区勘查范围，利用五个传感装置对数据进行同时采集，采集频率为140Hz，GIS 数据采集波特率设置为 12500bps，数据输出格式为 GPGGA，利用此次设计系统与传统系统对该矿区进矿产勘查，对比两种系统勘查误差。此次设计系统勘查误差远远低于传统系统，得到的勘查结果与实际矿产所在位置相符合，所以实验证明了此次设计的系统能够满足固体矿产勘查精度需求。
4 结束语
此次将三维 GIS 技术应用到固体矿产勘查系统开发设计中，实现矿产勘查数据的数据整合，使固体矿产勘查系统能够直观分析出固体矿产所在位置，有效降低了系统勘查误差，对固体矿产勘查具有较高的应用价值。由于个人能力有限，虽然此次取得了一定的研究成果，但该系统尚未经过量实际应用操作，可能还存在一些不足之处，还需要在今后应用过程中对其进行完善和创新。
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