無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境治理中的應(yīng)用分析

任婷婷

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250109）

十八大以來(lái)，習(xí)近平總書記提出“綠水青山就是金山銀山”，生態(tài)治理以及科學(xué)發(fā)展，成為我國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的主要方向。不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)換取經(jīng)濟(jì)利益。作為地質(zhì)環(huán)境，它承載著生態(tài)治理的主體，上世紀(jì)由于掠奪性開采，導(dǎo)致部分地區(qū)地質(zhì)環(huán)境出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破壞，特別在一些礦區(qū)和水資源豐富地區(qū)，認(rèn)為的破壞，導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境惡化?，F(xiàn)階段，黨和國(guó)家重視環(huán)境治理，地質(zhì)環(huán)境治理成為其中重要的組成部分，而傳統(tǒng)的航測(cè)技術(shù)較為落后，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的工作要求，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)漸漸嶄露頭角，成為地質(zhì)環(huán)境治理中可以廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)梗概

歷史上第一架無(wú)人機(jī)試飛可以追溯到100年前的美國(guó)。當(dāng)時(shí)無(wú)人機(jī)技術(shù)限于用無(wú)線電遙控，使用和試驗(yàn)的用途也僅僅限于軍事任務(wù)。100年來(lái)，人們沒有放棄對(duì)無(wú)人機(jī)的探索和研究，到21世紀(jì)上葉，無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)在測(cè)繪、偵查、搜救以及攝影等專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，極大地促進(jìn)了各相關(guān)行業(yè)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，倒逼不同行業(yè)在傳統(tǒng)模式下重新洗牌。特別是無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，在工程領(lǐng)域，地質(zhì)勘探領(lǐng)域等諸多領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)的測(cè)量方式，簡(jiǎn)化了航測(cè)流程，降低了成本，提升了測(cè)繪精度[1]。

飛行平臺(tái)和民用攝像機(jī)組成了航測(cè)技術(shù)的主要部分，飛行平臺(tái)的作用就是作為民用攝像機(jī)的載體，專業(yè)人員使用飛行平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)專業(yè)操作控制，完成測(cè)繪工作。飛行平臺(tái)與控制器之間通過(guò)更高級(jí)的通訊技術(shù)連接，反應(yīng)靈敏，環(huán)境適應(yīng)度高，通過(guò)控制器可以完成飛行平臺(tái)的多角度拍攝，通過(guò)控制其高度和飛行角度，在合理的速度范圍內(nèi)，有序開展航測(cè)工作，所以要求航測(cè)人員具備飛行平臺(tái)控制能力以及較為豐富的測(cè)繪方面知識(shí)。所有的地質(zhì)測(cè)量面貌和數(shù)據(jù)，都被攝像機(jī)記錄在儲(chǔ)存卡中，適時(shí)返回到終端，結(jié)束后，相關(guān)人員對(duì)記錄數(shù)據(jù)通過(guò)專業(yè)軟件進(jìn)行整理分析，可以得出所測(cè)區(qū)域地質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)地質(zhì)環(huán)境治理提供科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)支持，

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)比較成熟，無(wú)人機(jī)受人員操控，可以對(duì)一些較難測(cè)量的地形進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，特別是一些礦區(qū)、河流等地勢(shì)險(xiǎn)峻、存在危險(xiǎn)的區(qū)域，多采用低空的測(cè)繪，數(shù)據(jù)相對(duì)較精確，所受到氣象、壓力等的干擾較小。此外，無(wú)人機(jī)成本較為低廉，需要人工較少，測(cè)量效率高，運(yùn)行速度快，可以在極短時(shí)間內(nèi)完成較大區(qū)域的測(cè)量數(shù)據(jù)采集。最后，無(wú)人機(jī)設(shè)備一般體積不大，續(xù)航能力能夠滿足大部分的應(yīng)用情況，飛行靈活，加上與其他技術(shù)如紅外線、GIS等技術(shù)的綜合應(yīng)用，可以對(duì)一些常規(guī)上不容易測(cè)量的地形進(jìn)行準(zhǔn)確地測(cè)量，滿足不同地質(zhì)條件的要求。

圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)工作流程

2 現(xiàn)階段地質(zhì)環(huán)境治理存在問(wèn)題

2.1 測(cè)量范圍大，測(cè)量明確性不高

改革開放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，許多礦產(chǎn)以及相關(guān)資源豐富的地區(qū)，都依仗資源優(yōu)勢(shì)迅速發(fā)展起來(lái)。但是，粗獷型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，往往是以犧牲環(huán)境為代價(jià)進(jìn)行了。許多地區(qū)因?yàn)檫^(guò)度開采，導(dǎo)致礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境迅速惡化，許多河道因?yàn)檫^(guò)度使用以及周邊亂耕亂伐，導(dǎo)致河道淤積，水土流失嚴(yán)重。地質(zhì)環(huán)境惡化，直接導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)重的地方不適合人們棲居，背井離鄉(xiāng)。

鑒于以上情況，地質(zhì)環(huán)境治理成為迫在眉睫的事情。特別是礦區(qū)、河道、一些過(guò)度砍伐的林區(qū)，都存在亟待解決的環(huán)境治理問(wèn)題。治理之前，要對(duì)治理對(duì)象周邊的地質(zhì)環(huán)境、地貌等進(jìn)行全面的摸排，掌握最基本的地質(zhì)數(shù)據(jù)，才能對(duì)癥下藥，實(shí)施切實(shí)有效的治理方案。由于之前人們只注重開采，導(dǎo)致對(duì)破壞區(qū)域的地貌缺少必要的數(shù)據(jù)，也不知道破壞的區(qū)域有多大，這就導(dǎo)致在進(jìn)行測(cè)繪的時(shí)候，存在測(cè)量范圍大，測(cè)量明確性不高的特點(diǎn)。

一些河道、礦山環(huán)境問(wèn)題所波及的地面是線條狀或面狀，線條狀區(qū)域主要是一些狹長(zhǎng)地帶的河道及礦脈，導(dǎo)致測(cè)量路徑邊長(zhǎng)，傳統(tǒng)的人工車輛為主的測(cè)量往往不能全面覆蓋整個(gè)區(qū)域，僅能實(shí)現(xiàn)個(gè)別特征點(diǎn)的測(cè)量，整個(gè)測(cè)量會(huì)受到一些建筑、高壓線塔甚至一些古遺跡的影響，導(dǎo)致測(cè)量工作無(wú)法開展，測(cè)量精度得不到保證。對(duì)于河道地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目，船測(cè)雖然能夠滿足覆蓋整條河流，也能做到相對(duì)精確的測(cè)繪，但是船的速度和效率低，并且一些氣候水文因素，對(duì)于測(cè)量工作的開展具有很大的阻礙，導(dǎo)致測(cè)量的周期長(zhǎng)。鑒于此，地質(zhì)環(huán)境治理中的測(cè)量存在范圍大，測(cè)量方式不能滿足實(shí)際需求的特點(diǎn)。

2.2 技術(shù)有難度，精度有要求。

作為地質(zhì)環(huán)境治理，只有精確掌握地質(zhì)原貌，才能夠針對(duì)地質(zhì)作出相應(yīng)的回復(fù)保護(hù)方案，才能將治理區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境盡可能恢復(fù)。測(cè)量是前期一項(xiàng)重要工作，是為后續(xù)治理提供數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)工作。因此在精度要求上較其他測(cè)繪要高一些。

以河道水環(huán)境地質(zhì)治理為例，河道的成因復(fù)雜多變，具備的功能和河流上已經(jīng)建造完成的水利樞紐規(guī)模形式各不相同，在形成淤積和對(duì)河道底部地質(zhì)條件改變破壞的方式也多種多樣。傳統(tǒng)的測(cè)量，無(wú)法分辨出不同河道地質(zhì)的細(xì)微差別。雖然衛(wèi)星遙感等技術(shù)可以對(duì)區(qū)域內(nèi)的地貌有所呈現(xiàn)，但是這種呈現(xiàn)是粗糙的，達(dá)不到治理所需要的精度。另外，一些水上漂浮物、大型船只?？浚矔?huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生一定的誤導(dǎo)和影響，因此，急需新技術(shù)的測(cè)繪方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)繪方式。

2.3 涉及情況復(fù)雜

地質(zhì)環(huán)境治理往往不是單一的治理，需要許多方面綜合考慮，進(jìn)行整體協(xié)調(diào)的綜合治理，因此所涉及到實(shí)際地質(zhì)情況較為復(fù)雜。在前期的地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中，可能涉及到山區(qū)、林區(qū)、河道甚至一些人工建筑物的測(cè)量，傳統(tǒng)的測(cè)量方法往往單一，在處理這種復(fù)雜狀況時(shí)，往往捉襟見肘，這就大大降低了工作效率，工作量巨大，使得治理效果大打折扣。

3 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境治理中的優(yōu)勢(shì)

針對(duì)以上傳統(tǒng)測(cè)繪在地質(zhì)環(huán)境治理中存在的不足，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠補(bǔ)償傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的短板，在地質(zhì)環(huán)境治理中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)：

3.1 效率高

傳統(tǒng)測(cè)繪，需要投入大量人工無(wú)聊進(jìn)駐現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)傳統(tǒng)儀器劃分測(cè)站點(diǎn)，一個(gè)個(gè)進(jìn)行測(cè)量，并收集數(shù)據(jù)，繪制圖像，如果地形復(fù)雜，不僅投入的人力物力翻倍，還可能在一些地形陡峭險(xiǎn)峻的區(qū)域作業(yè)時(shí)，發(fā)生安全事故，存在安全隱患。無(wú)人機(jī)需要投入人員少，能大大提升工作效率，保證地質(zhì)環(huán)境治理工作順利進(jìn)行。

3.2 形象性

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)形象直觀，可以圖像化顯示周圍地理特征，使治理工作者可以更好掌握周邊情況，從而為決策和最終的治理方案提供可操性較強(qiáng)的手段。

作為一種新技術(shù)，應(yīng)用方面存在許多優(yōu)勢(shì)，也會(huì)有一些不足，比如續(xù)航能力以及要求專業(yè)操作人員具備較高的專業(yè)素質(zhì)等，但是瑕不掩瑜，無(wú)人機(jī)航測(cè)在地質(zhì)環(huán)境治理方面還是應(yīng)用前景廣泛的，也是今后的趨勢(shì)所在。

4 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境治理中的應(yīng)用

4.1 技術(shù)設(shè)計(jì)

在地質(zhì)環(huán)境治理之前，首先要明確治理區(qū)域范圍、基本內(nèi)容、精度要求、工期以及需要注意的其他事項(xiàng)。

根據(jù)以上基本要求，無(wú)人機(jī)航測(cè)要制定本次航測(cè)的相關(guān)方案，方案根據(jù)要求要安排飛行的時(shí)間，航拍的時(shí)間，航拍機(jī)型選擇、精度設(shè)置以及續(xù)航電池等一系列安排。要選定好無(wú)人機(jī)啟停的場(chǎng)地，包括航測(cè)的路線選定，都要做出詳細(xì)的安排計(jì)劃，再開始實(shí)地的航測(cè)。

4.2 航測(cè)實(shí)飛

航測(cè)要盡可能選擇天氣條件較好的時(shí)候，光線和各種風(fēng)向適宜飛行的時(shí)間，一般選擇在早晨九點(diǎn)至下午三點(diǎn)之間，根據(jù)實(shí)際情況確定。確定好飛行時(shí)間后，就要正式進(jìn)行航測(cè)實(shí)飛了。首先，檢查設(shè)備，對(duì)無(wú)人機(jī)各部件進(jìn)行檢查，電池是否到位，通訊連接是否正常；然后設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)入導(dǎo)航控制系統(tǒng)；其次，啟動(dòng)無(wú)人機(jī)，地面監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)向飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)和控制指令等，控制無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍，按照預(yù)設(shè)數(shù)值進(jìn)行航測(cè)，技術(shù)人員在地面系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，操作無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)任務(wù)；最后無(wú)人機(jī)返航，人員對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行檢查，利用便攜式的設(shè)備，簡(jiǎn)單收集觀看無(wú)人機(jī)拍攝和收集到的數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)影像記錄檢查，確保符合要求后，收好無(wú)人機(jī)[2，3]。

4.3 像控點(diǎn)布設(shè)

像控點(diǎn)本著測(cè)區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)，邊緣密的原則進(jìn)行?？梢愿鶕?jù)實(shí)際多布控像控點(diǎn)，并核驗(yàn)。測(cè)量方法多采用JXCORS 網(wǎng)絡(luò)RTK 法，精度核驗(yàn)無(wú)誤后，再進(jìn)坐標(biāo)測(cè)量工作，利用以上方法，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量?jī)纱?，所得結(jié)果固定后，開始實(shí)際測(cè)量，平面較差應(yīng)小于 3cm、高程較差小于 5cm 時(shí)，成果取平均。結(jié)果誤差過(guò)大，需重新測(cè)量。

4.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)收集的數(shù)據(jù)利用軟件進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，出示圖紙和相關(guān)的報(bào)告，計(jì)算機(jī)軟件處理，大大提升后期數(shù)據(jù)處理的效率，也提升的精確度。

4.5 數(shù)據(jù)核驗(yàn)

所收集的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行核驗(yàn)，以保證最終數(shù)據(jù)的精度，對(duì)于誤差較大的數(shù)據(jù)要予以剔除，重新進(jìn)行相關(guān)點(diǎn)位的測(cè)量。使用JXCORS 網(wǎng)絡(luò) RTK 測(cè)量得到精確坐標(biāo)，與無(wú)人機(jī)測(cè)量成果比對(duì)，實(shí)測(cè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)為參照，計(jì)算平面和高程較差。具體結(jié)果如下表。

表1 無(wú)人機(jī)航測(cè)精度統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

DLG、DEM、DOM 數(shù)據(jù)可以在無(wú)人機(jī)航測(cè)時(shí)全部獲取，可以較為精確掌握地質(zhì)環(huán)境治理區(qū)域的地貌、地形、周邊情況等數(shù)據(jù)，對(duì)地質(zhì)環(huán)境治理后續(xù)施工計(jì)劃以及方案能夠提供寶貴的數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)作為新興的技術(shù)，在地質(zhì)環(huán)境治理領(lǐng)域?qū)?huì)有更為完善的發(fā)展。