小型無(wú)人飛行器在內(nèi)蒙古自治區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用

喬振龍　張晨春　趙振中

摘要：隨著我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作不斷地成熟發(fā)展，以過(guò)去單一調(diào)查為手段的礦山監(jiān)測(cè)工作將由衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)及更為細(xì)化整體型監(jiān)測(cè)所慢慢取代。其中所說(shuō)的細(xì)化整體型監(jiān)測(cè)就包括以無(wú)人飛行器為手段，對(duì)礦山各類(lèi)型監(jiān)測(cè)要素（如排土場(chǎng)、露天采坑）進(jìn)行無(wú)時(shí)段限制飛行監(jiān)測(cè)。本文簡(jiǎn)要闡述針對(duì)小型無(wú)人飛行器在我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人飛行器；礦山地質(zhì)；環(huán)境監(jiān)測(cè)；地空一體化

1. 引言

通過(guò)無(wú)人飛行器近幾年在我國(guó)不斷地發(fā)展與演變，技術(shù)逐漸日益成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，涵蓋了包括地質(zhì)環(huán)境測(cè)量在內(nèi)等諸多領(lǐng)域。由于我區(qū)是一礦業(yè)大省，其礦產(chǎn)資源豐富，礦山開(kāi)采類(lèi)型多樣，開(kāi)采歷史悠久。礦業(yè)的開(kāi)發(fā)在推動(dòng)我區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中做出不可磨滅貢獻(xiàn)的同時(shí)也隨之而來(lái)造成了生態(tài)及地質(zhì)環(huán)境的破壞。為了全面及科學(xué)系統(tǒng)地掌握我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境年度動(dòng)態(tài)變化情況，分析其礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題變化特征。內(nèi)蒙古自治區(qū)國(guó)土地環(huán)系統(tǒng)出臺(tái)了一系列全區(qū)年度性礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)上報(bào)機(jī)制，包含全區(qū)各礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、保證金治理方面等。并于2014年通過(guò)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)示范區(qū)的建設(shè)，秉承先試點(diǎn)，后推廣，示范先行、逐步推進(jìn)原則，總結(jié)出一套行之有效的監(jiān)測(cè)方法對(duì)全區(qū)重點(diǎn)礦區(qū)地段進(jìn)行針對(duì)性監(jiān)測(cè)。本文簡(jiǎn)要介紹通過(guò)此次礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)示范區(qū)建設(shè)所運(yùn)用到的小型無(wú)人飛行器監(jiān)測(cè)工作方法。

2. 我國(guó)無(wú)人飛行器發(fā)展現(xiàn)狀

無(wú)人機(jī)（unmanned aerial vehicle或drone）是一種由無(wú)線(xiàn)電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無(wú)人駕駛飛行器。無(wú)人機(jī)用途廣泛，成本低，效費(fèi)比好，無(wú)人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)，生存能力強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性能好，使用方便等優(yōu)勢(shì)，使得無(wú)人機(jī)在航空拍照、地質(zhì)測(cè)量、高壓輸電線(xiàn)路巡視、油田管路檢查、高速公路管理、森林防火巡查、毒氣勘察、緝毒和應(yīng)急救援、救護(hù)等民用領(lǐng)域應(yīng)用前景極為廣闊。正是因?yàn)榭吹轿磥?lái)無(wú)人機(jī)的民用市場(chǎng)潛力巨大，除一些科研院所外，民營(yíng)企業(yè)也開(kāi)始介入無(wú)人機(jī)市場(chǎng)。目前粗略估計(jì)全國(guó)約有170多家單位在生產(chǎn)無(wú)人機(jī)?！熬偷投水a(chǎn)品而言，一套無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本有可能不超過(guò)幾十萬(wàn)元，這也是中國(guó)有眾多廠(chǎng)家看重?zé)o人機(jī)市場(chǎng)前景的一個(gè)原因。

現(xiàn)如今我國(guó)小型無(wú)人飛行器分為固定翼及四軸或四軸以上螺旋翼兩種，其中用途較為廣泛性?xún)r(jià)比較高的主要為四軸或四軸以上螺旋翼飛行器，它主要具備機(jī)動(dòng)性、靈活性和安全性、其分辨率相對(duì)較高、無(wú)需專(zhuān)用起降場(chǎng)地，升空準(zhǔn)備時(shí)間短、易于操控，并可空中懸停多角度拍攝等特點(diǎn)，特別適合在山區(qū)及地形復(fù)雜地段應(yīng)用。本文所介紹的小型無(wú)人飛行器為四軸螺旋翼飛行器。

3. 全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

3.1 全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

自2010年至今，內(nèi)蒙古自治區(qū)國(guó)土系統(tǒng)按年度形成以縣級(jí)→市級(jí)→省級(jí)→部級(jí)的逐級(jí)上報(bào)表格數(shù)據(jù)的模式，建立了我區(qū)年度礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)體系，為礦山地質(zhì)環(huán)境治理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。并且從2014年開(kāi)展的監(jiān)測(cè)示范區(qū)項(xiàng)目也有助于進(jìn)一步對(duì)全區(qū)重點(diǎn)礦區(qū)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供有效技術(shù)幫助。從礦山企業(yè)來(lái)講，我區(qū)2008年礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金制度建立以來(lái)。已有部分大中型礦山開(kāi)始對(duì)礦區(qū)存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題有針對(duì)性的展開(kāi)定期監(jiān)測(cè)。

3.2 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題

雖然我區(qū)現(xiàn)已初步開(kāi)展了礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，但由于礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作本身所具有的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性、可操作性等諸多要求，況且在全國(guó)層面礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)仍處于實(shí)驗(yàn)性階段。對(duì)于我區(qū)下一步礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作仍面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。其存在的具體問(wèn)題如下：

3.2.1 在行政監(jiān)測(cè)方面：雖然我區(qū)從2010年開(kāi)始就已經(jīng)通過(guò)全國(guó)礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)上報(bào)系統(tǒng)，初步了解掌握了全區(qū)年度性礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，但由于全區(qū)礦山數(shù)量較大、礦種較多、分布面積較廣等因素，對(duì)于全區(qū)礦山整體性監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)而言仍存在巨大難度，加之全區(qū)礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅能滿(mǎn)足年報(bào)需求且上報(bào)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性仍有待于進(jìn)一步提高。

3.2.2 礦山企業(yè)自行監(jiān)測(cè)方面：通過(guò)近幾年礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作及礦山保證金與礦山地質(zhì)環(huán)境治理方案的逐步開(kāi)展，全區(qū)不少大中型礦山均已開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，并且投入了不少財(cái)力與物力，取得了顯著的成效，同時(shí)帶來(lái)了很多新方式、新技術(shù)、給全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作下一步的發(fā)展方向提供了很多新思路。但由于各礦山企業(yè)根據(jù)自身需求，僅把監(jiān)測(cè)力度投入在礦業(yè)開(kāi)發(fā)易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)處，不具有規(guī)模性。且所需監(jiān)測(cè)經(jīng)費(fèi)投入較高，不具有普及性與可操作性。

4. 飛行器在礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用

綜上所述，現(xiàn)階段我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)仍處于起步階段，所涉及礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題數(shù)據(jù)，大部分仍靠過(guò)去的調(diào)查方法及以點(diǎn)帶面的形式統(tǒng)計(jì)出來(lái)，所反映的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度仍有較大差異。本次全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)示范區(qū)所運(yùn)用的小型無(wú)人飛行器將對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性監(jiān)測(cè)。

4.1 監(jiān)測(cè)工作流程

考慮到飛行器對(duì)地形地貌景觀破壞有直觀的監(jiān)測(cè)效果，根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境的類(lèi)型（工業(yè)廣場(chǎng)、排土場(chǎng)、露天采坑、地面沉陷、地面塌陷、已治理區(qū)域），飛行器除不能反映深度以外，均能通過(guò)平面或多角度拍攝，后期合成校正等手段反映其監(jiān)測(cè)類(lèi)型面積及整體變化情況。其監(jiān)測(cè)工作流程如下：

首先，將飛行器起降地點(diǎn)布設(shè)在所監(jiān)測(cè)類(lèi)型的中心部位，這樣更便于對(duì)監(jiān)測(cè)類(lèi)型進(jìn)行航空拍攝；其次，地面人員對(duì)所監(jiān)測(cè)類(lèi)型周邊及中心地帶布設(shè)若干控制點(diǎn)，布設(shè)可按地面參照物進(jìn)行設(shè)點(diǎn)。起飛后可根據(jù)監(jiān)測(cè)類(lèi)型的大小，來(lái)控制飛行高度，本文所運(yùn)用的四軸螺旋翼飛行器最大飛行高度為500m，最遠(yuǎn)控制距離為1000m。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)，在飛行高度200m時(shí)對(duì)地物拍攝面積為0.2km2。若監(jiān)測(cè)類(lèi)型面積較大時(shí)，可設(shè)定航線(xiàn)（一般按“S”形）對(duì)地物進(jìn)行分片拍攝，后期拼接來(lái)進(jìn)行。若反映監(jiān)測(cè)類(lèi)型整體情況時(shí)，可根據(jù)監(jiān)測(cè)類(lèi)型實(shí)際形態(tài)，選取適當(dāng)高度及角度（本文飛行器攝像頭偏移角度為±90°）來(lái)進(jìn)行拍攝。

4.2 后期處理

在飛行拍攝結(jié)束后，若條件允許可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行影像合成及校正工作。其主要考慮若本次飛行拍攝達(dá)不到預(yù)期效果，可安排重復(fù)拍攝，以達(dá)到其監(jiān)測(cè)目的。影像合成時(shí)（單幅就能反映監(jiān)測(cè)類(lèi)型的除外）必須遵循飛行航線(xiàn)拍攝時(shí)間軌跡，運(yùn)用圖像合成軟件進(jìn)行拼接，拼接后根據(jù)先前布設(shè)好的地面控制點(diǎn)及參照物，運(yùn)用空間地理信息校正系統(tǒng)軟件進(jìn)行后期合成校正，已達(dá)到量測(cè)監(jiān)測(cè)類(lèi)型面積的效果（見(jiàn)照片1、2）。

5. 結(jié)束語(yǔ)

礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)的工作，其監(jiān)測(cè)過(guò)程中所運(yùn)用到的方式方法也在逐步摸索階段，本文僅通過(guò)運(yùn)用小型無(wú)人飛行器來(lái)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題類(lèi)型進(jìn)行航拍監(jiān)測(cè)工作論述，以求拓寬我區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)手段領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)日后系統(tǒng)性“地空一體化”礦山監(jiān)測(cè)做出努力。

參考文獻(xiàn)：

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